발간등록번호

11-1480523-002528-01 NIER-SP2015-254

환경부 관리대상 나노제품에 대한

흡입노출 시나리오 작성 및 독성참고치 결정

Inhalation Exposure Scenario and Suggestion of Provisional

Toxicity Guidelines for Nanomaterials in Consumer Products

Regulated by the Ministry of Environment

서울대학교 산학협력단

국립환경과학원

제 출 문

국립환경과학원장 귀하

본 보고서를 ‘환경부 관리대상 나노제품에 대한 흡입노출시나리오 작성

및 독성참고치 결정’ 용역 결과보고서로 제출합니다.

2015. 12.

연구기관명 서울대학교

산학협력단

연구책임자 윤 충 식

연 구 원 박 동 욱

김 성 균

연구보조원 함 승 헌

박 지 훈

김 선 주

장 미 연

이 진 호

신 미 연

안 영 아

류 승 훈

- ii -

요 약 문

Ⅰ. 연구개요

연구과제명

국문환경부 관리대상 나노제품에 대한 흡입노출시나리오 작성 및

독성참고치 결정

영문

Inhalation Exposure Scenario and Suggestion of Provisional

Toxicity Guidelines for Nanomaterials in Consumer Products

Regulated by the Ministry of Environment

연구기관서울대학교

산학협력단연구책임자

소속 서울대학교 보건대학원

성명 윤 충 식

연구기간 2015.05.07. ~ 2015.12.11. (7개월)

연구비 145,000,000원

참여연구원수 총 11 명 내부 : 11 명, 외부 : 0 명

Ⅱ. 연구목적 및 필요성

본 연구는 최근 가습기 살균제, 화학물질 사용의 증가, 화학물질 관련법규의 강화, 위험에 대

한 국민의 인식 증가에 능동적으로 대응하기 위하여 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군의

나노입자 물질을 흡입 노출 평가하고, 나노입자의 노출 시나리오 작성 및 독성참고치 잠정안을

결정하여 생활화학제품 중 나노물질 대한 시험·평가법 확립 및 규제기준 마련을 위한 과학

적 근거를 확보하는데 있다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위

앞서 언급한 연구목적과 필요성에 의해 연구 진행을 위한 체계를 구성하여 목표달성을 위한

과업의 범위와 내용을 다음과 같이 설정하였다.

1. 연구추진체계

최종목적 달성을 위한 연구의 추진은 과업의 범위에 따라 크게 네 분야로 나누어 진행하였

다. 환경부 관리대상 제품군에 의거 흡입노출이 가능한 나노물질 함유 제품군 분류와 조사를

문헌조사를 통해 수행하고, 소형체임버, 노출체임버 및 클린룸 등 환경조건 제어가 가능한 공

간에서 나노물질의 거동 및 노출 측정을 수행하였으며, 국내 노출계수를 적용하여 실제 제품

사용 시 소비자 흡입노출에 대한 시나리오를 작성하였다. 아울러 문헌조사를 통해 일부 나노

물질에 대한 독성참고치 잠정안을 제시하고 실제 노출 측정치와 비교하였다. 최종적으로 연구

진이 수행한 각 분야의 연구결과를 바탕으로 나노물질 함유 제품의 안전한 사용과 노출 저감

을 위한 로드맵 및 관리방안을 제시하였다.

- iii -

2. 과업 범위 및 내용

(1) 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군중 군별 나노물질 포함 제품 및 흡입노출 가능제품

파악

환경부 관리대상 제품군 중 실제 흡입노출이 가능한 제품군을 환경부 관리대상 제품군 중

흡입노출이 가능한 소비 제품군(소분류)을 「세정제」,「섬유유연제」,「코팅제」,「방청제」,

「김서림 방지제」,「방향제」,「탈취제」,「소독제」등 8군으로 압축하였다. 위 제품군 중 나

노물질이 함유된 제품 수는 제한적이므로 소비자들의 다 빈도 사용 제품 목록 중 나노물질

함유여부, 분사형태(압축분사형, 수동분무형)에 따라 조사대상 제품군을 분류하였다. 환경부

관리대상 제품군을 대상으로 국내 온라인 마켓에서 유통 및 판매되고 있는 제품을 조사하여

각 제품군 별 나노물질 함유 제품 비율을 파악하였다. 모든 제품군에 대한 전수 조사는 사실

상 불가하여 대형 온라인 마켓에서 판매되고 있는 제품을 검색 및 선별하여 총 300 여 개의

표본 제품에 대한 정보를 수집하였다.

(2) 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완

문헌조사를 통해 인체 흡입노출 가능제품의 노출 시나리오에 사용되는 제품의 사용량, 사용횟

수, 제형 특성 등을 조사하였다. 제품의 분사방식에 따라 구분하여 우리나라와 외국 기관에서

제시하는 각 제품군별 노출계수를 조사하였다. 본 연구의 노출시나리오 작성은 우리나라 소비자

의 노출을 반영하기 위해 환경부에서 제시하는 노출계수를 사용하였으며, 각 제품군별 사용 시

간과 사용량, 사용빈도, 사용 장소에서의 머무름 시간 등 사용 특성과 관련된 계수를 적용하여

일 노출량을 산정하였다. 또한 기존 제시된 흡입노출 관련 알고리즘을 참고하여 나노입자에 적

합한 알고리즘을 제시하였다.

(3) 흡입노출 나노제품 사용 시 공기 중 농도 및 거동 특성 분석

나노제품의 공기 중 거동 특성 분석은 크게 나노제품에 함유된 나노물질의 특성 파악, 공기

중 입자 모니터링으로 구분하여 진행하였다. 나노입자에 대한 공기 중 모니터링에 앞서 입도

분석, 유도결합플라즈마-질량분석기, 주사전자현미경 분석을 통해 제품 내 함유된 나노입자를

확인하였다. 나노제품 사용 시 공기 중 입자에 대한 거동특성은 소형 체임버와 노출 체임버,

클린룸에서 단계별로 실제 제품을 분사하여 평가하였다. 소형체임버에서는 예비실험으로써

일부 제품에 대한 분사실험을 통해 나노입자 발생여부와 분사 전, 후의 농도변화를 평가하였

다. 노출 체임버에서는 습도 변화에 따른 입자의 응집유무와 벽면분사를 통해 표면 분사 시

되 튕기는 입자에 대한 평가를 실시하였다. 클린룸 실험은 실시간 측정기기를 이용하여 입자

수, 크기 분포, 중량 및 표면적 농도를 근거리 장(분사위치로부터 1 m 이내)과 원거리 장(분사

위치로부터 1 m 이상 거리)측정하였으며, 필터를 이용한 공기 중 입자 채취를 병행하여 중금

속 성분과 입자의 크기 및 형상, 응집형태를 파악하였다. 클린룸에서 실시간 측정기기로 측정

한 자료와 국내 제품 사용특성에 관한 노출계수를 이용하여 입자 크기별 인체 흡입량과 호흡

기 부위의 침착량을 산출하였다.

- iv -

(4) 흡입노출 가능 나노제품의 주요 나노물질의 독성참고치 잠정안 결정

대표 나노물질의 선정은 흡입노출 가능성이 높은 나노물질에 대한 독성연구 결과를 확보하

기 위해 문헌고찰을 수행하여 환경부 관리대상 제품군 중 흡입노출이 가능한 소비 제품군에

서 사용빈도가 높고 시판중인 나노물질 함유 스프레이 제품 중 주요 나노물질인 TiO2, AgNP

를 최종 선정하였다. 선정된 나노물질은 문헌조사를 통해 흡입독성자료를 수집하여 데이터베

이스화하였으며, 나노물질의 노출 단위(Dose metric)와 독성 종말점(Endpoint)의 최적지표를

결정하여 양·반응 분석을 수행하였다. 양·반응 분석에서는 POD(Point of departure)를 기존

NOAEL(No observed adverse effect level) 또는 LOAEL (Low observed adverse effect level)

에 확률적 개념을 포함하는 BMD(Benchmark dose) 값으로 결정하여, BMD의 최저한계 값인

BMDL(Benchmark dose limit)을 여러 수학적 모델을 이용하여 추정하였다. BMDL 노출량은 표

면적 농도에 상응하는 공기 중 입자의 농도로 표현하여 기존에 제시된 흡입나노입자의 독성

참고치와 비교하기에도 적절하다고 판단하여, MPPD(Multiple path particle dosimetry) 모델을

통해 체내 축정된 입자의 양에 상응하는 체외 공기 중 농도를 추정하였다. MPPD 모델을 통

해 결정된 공기 중 농도는 국·내외 기관에서 제시하는 불확실성 계수(Uncertainty factor)를

적용하여 독성참고치 잠정안의 범위를 나타내었다.

(5) 단계적 흡입노출 가능 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련

나노물질 함유 제품에 대한 노출평가 로드맵 및 DB구축안 마련을 위한 방법은 다음과 같

이 분류하였다. 첫째, 기존 문헌조사를 통해 로드맵 및 DB구축, 관리방안 제시 등 각각 항목

에 대하여 문헌에서 제시하는 방법을 참조하는 방법과 둘째로 본 연구를 수행하면서 나타난

아이디어, 결론, 추가 보완점을 도출하여 각 항목에 적용하는 것이며, 셋째로 자문가의 의견을

수렴하는 방법이다. 위 세 가지 방법을 종합하여 나노제품 노출평가를 위한 로드맵을 작성하

고 일반 소비자를 위한 관리지침을 작성하였다.

Ⅳ. 연구 결과

1. 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군 중 군별 나노물질 포함 제품 및 흡입노출 가능제품

파악

환경부 관리대상 15개 제품군을 대 분류하면「세제류」,「코팅 및 접착제류」,「방향제류」,

「염료·염색류」,「살생물제류」로 구분할 수 있다. 세제류는 세정제, 합성세제, 표백제, 섬

유유연제로, 코팅제에는 코팅제, 방청제, 김서림 방지제, 접착제로, 방향제류는 방향제와 탈취

제로, 염료·염색류는 물체 탈·염색제, 문신용 염료로, 살 생물제류는 다시 소독제, 방충제,

방부제로 세부 분류되어 총 15개의 소분류 제품군으로 구분할 수 있다.

환경부 관리대상 생활화학제품군 중 나노물질을 포함하는 제품들은 위 분류에 모두 포함되

어 있으며, 흡입노출 가능 제품은 스프레이형 제품 중 압축분사형과 수동분무형, 분말형(가루,

파우더)형이다. 국내에서 판매되는 제품 조사를 위해 300개 제품을 표본으로 조사한 결과, 이

중 29 개의 제품(9.6%)이 나노물질이 함유되었다고 표기하고 있었다. 주로 탈취제와 세정류

제품이 나노물질 표시가 많았으며 각각 17개 제품과 6개 제품이 포함되었다. 본 연구결과와

- v -

국내·외 보고서 및 논문을 고찰한 결과 나노 물질 함유표시와 실제 함유 여부와는 상관성이

없었다. 즉, 나노물질 표시가 없어도 나노크기 입자가 포함된 경우가 많았다.

2. 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완

나노입자의 흡입노출이 가능한 제품을 대상으로 노출 시나리오에 사용되는 제품의 사용량,

횟수, 제형 특성 등을 참고하여 우리나라와 각 제품군별 노출계수를 정리와 흡입노출 알고리

즘을 정리하였고, 나노물질 특성을 고려하여 추가적인 노출계수의 필요성과 나노물질 특성에

맞는 알고리즘을 보완하였다. 나노물질의 노출 및 위해도를 평가하기 위해서는 환경부 및 국

립환경과학원의 고시나 지침에서 제시하는 노출계수 외에 각 미세 환경에서의 머무름 시간이

필요한데 이는 노출계수 핸드북에서 활용 가능하다. 본 연구에서는 노출계수 핸드북에서 미세

환경의 머무름 시간(예, 탈취제의 노출시간은 거실, 복도 머무름 시간 138.8분, 코팅제는 베란

다, 발코니, 다용도실의 머무름 시간 4.8분)을 적용 하였으며, 노출 농도는 실제 제품 분사 시

간과 분사 외 시간을 고려하여 적용하였다.

기존의 환경부와 국립환경과학원의 고시 및 지침의 노출시나리오는 입자상 물질보다는 가스

상 물질의 특성에 더 적합한 모델인데, 본 연구에서는 입자상 물질의 특성에 맞게 호흡량

(Inhaled dose)과 호흡기 부위별 침착량(Deposited dose)을 추정할 수 있는 새로운 알고리즘을

제시하였다.

호흡량:

∙∙∙

ID : 흡입노출량(ng/kg/day 또는 particles/kg/day)

fnano : 질량 또는 수 농도로 표시된 나노물질의 공기 중 함량비율, 즉 전체 농도 중 원하는

나노입자의 분율, 특별한 언급이 없으면 1로 가정함. 특별한 크기 범위의 흡입량을 계산하려면

이 계수를 변동시키기 보다는 Cinh의 농도를 해당 크기범위에서의 농도로 하면 됨

Cinh : 노출기간 동안의 흡입 공기 중 나노물질의 평균 질량 농도 또는 수 농도, ng/L 또는

particles/L;

Qinh : 남녀 성별 및 활동에 따른 호흡량 , L/min

Tcontact: 나노물질 분사로 인한 노출시간, min; (Tcontact = t x n)으로 계산할 수 있음. T con:일회당

노출시간 (hr/event). 생활화학용품의 사용으로 인한 1회당 노출시간, n: 하루 동안의 사용

횟수. 예를 들어 스프레이제품인 경우 하루 중의 스프레이 횟수

Bw : 체중 (Kg)

침착량: DDi =∑dp DFi (dp) ID(dp)

실제 노출 시나리오 작성에 실험 측정치와 환경부에서 제출하는 각 제품군별 노출계수를 활

용하여 일일 흡입량 및 침착량을 산정하였으며, 국내외 문헌 고찰을 참고하여 소비자 나노제

품의 흡입 노출 평가에 대한 알고리즘을 제시하였다.

위 식에서,

i: 비강 부위(Nasal region or Head airway region), 흉곽부위(Tracheobronchial region or Thoracic

- vi -

region), 폐포 부위(alveolar region, gas exchange region), 또는 호흡기계 전체

DDi: i 부위의 침착량, ng/kg bw/day 또는 particles/kg/day

DFi: deposition fraction of inhaled aerosol for i;

ID: 노출기간 동안의 입자 흡입량(inhaled aerosol dose) ng/kg bw/day or particles/kg/day

dp: 실시간 측정기 (예, SMPS/APS)로 측정했을 때 특정 크기를 측정하는 채널에서의 입자크기

대표치(측정범위의 중간 값(midpoint aerosol particle size of a given aerosol measurement size

channel of SMPS/APS).

DFi: 입자 크기별 폐 침착 분율(the ICRP (International Commission on Radiological Protection 1994)

모델에 맞게 Hinds 등이 고안한 함수식 사용

3. 흡입노출 나노제품 사용 시 공기 중 농도 및 거동 특성

소형체임버 분사 실험을 통해 압축분사형 제품과 수동분무형 제품 모두에서 공기 중으로 나

노입자가 발생함을 확인하였고, 일부 제품은 주사전자현미경을 통해 이를 확인하였다. 이를

근거로 나노물질 함유 압축분사형 제품 8종과 수동분무형 제품 4종에 대하여 클린룸 노출 실

험 결과를 요약하면 다음과 같다.

- 압축분사형 제품은 수동분무형 제품에 비해 공기 중 노출 농도가 유의하게 높았다. 압축분

사형 제품은 분사시간에 농도가 급격히 상승하다 급격히 떨어지는 형태인 반면 수동분무

형은 입자의 상승이 완만하여 크게 증가되지 않는다.

- 압축분사형 제품에서는 발생되는 총 입자 중 나노입자의 함량이 60-92%, 수동분무형은

35-55% 이다.

- 압축분사형 제품 중 같은 용도인 차량 에어컨용 탈취제품 4종은 노출 농도 및 발생패턴이

유사하였다.

- 제품의 자기신체부위 분사 실험을 한 결과 분사자의 호흡기 위치에서 노출되는 농도가 원

거리장의 농도에 비해 높음을 알 수 있었다.

- SMPS는 용매의 영향을 배제하기 위해 가열관과 흡착관을 사용한 결과 사용하지 않을 때

보다 약 15-30%의 농도 감소가 이루어져 용매에 의한 영향으로 추정된다. 따라서 용매에

함유된 제품을 평가할 때 이를 사용하는 것이 바람직하다.

- 흡입량(Inhaled Dose)를 입자수 단위, 질량단위, 또는 표면적 단위로 표시하면 압축분사형이

수동분무형에 비해 단위체중당 일일 흡입량이 높다. 입자 수는 압축분사형의 평균 흡입량

은 5.84×108 개/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 6.59×107 개/kgbw/day로 압축분사형 제

품이 약 10배 이상의 높은 흡입량을 보였다. 질량단위로 표시된 압축분사형 제품의 평균

흡입량은 4,512 ng/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 945 ng/kgbw/day로 압축분사형 제품이

약 4.7배 이상의 높은 침착량을 보였다. 표면적 단위로 표시된 압축분사형 제품의 평균 흡

입량은 1.54×107 ㎛2/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 5.31×106 ㎛2/kgbw/day로 압축분사

형 제품이 약 2.9 배의 높은 침착량을 보였다.

- 입자 크기별로 본 흡입량은 입자 수 단위, 질량단위, 표면적 단위에 따라 다른 양상을 보였

으나 모두 압축분사형이 수동분무형보다 높았다. 입자수로 표시된 흡입량은 제품군에 상관

없이 전반적으로 PM0.011-0.1(11-100nm, 나노크기의 입자)나 PM0.1-1.0(100~1000 nm)의 흡입량

이 매우 높았다. 압축분사형의 PM0.011-0.1의 흡입 입자 수를 보았을 때 전체의 72.9±24.5%,

- vii -

PM0.1-1.0은 27.0±24.5%였고, 수동분무형은 각각 전체의 52.4±11.3%, PM0.1-1.0은 47.5±11.4%

였다. 질량으로 표시된 흡입량은 제품군에 상관없이 전반적으로 PM2.5-10 (2.5~10㎛)가 높고,

그 다음이 PM0.1-1.0(100~1000 nm)의 크기에서 높았다. 압축분사형은 PM2.5-10의 크기에서 흡

입량은 전체 흡입량의 64.9±21.5%, PM0.1-1.0 은 23.7±19.7%였다. 수동분무형은 PM2.5-10 크

기의 흡입량은 전체 흡입량의 73.8±20.9%, PM0.1-1.0은 19.6±21.2%였다. 표면적으로 표시된

입자의 흡입량은 PM0.1-1.0에서 가장 높은 농도를 보이고 있고, PM1.0-2.5 입자의 크기에서 가

장 작았다. 압축분사형의 표면적 침착량은 PM0.1-1.0의 크기에서 흡입량은 전체 흡입량의

61.9±16.1%, 수동분무형은 PM0.1-1.0의 크기에서 흡입량은 전체 흡입량의 59.4±22.9%,

PM2.5-10은 26.6±20.7%였다.

- 호흡기 부위 별로 침착되는 양은 농도 단위에 따라 다른 양상을 보였다. 수 농도로 표시하

였을 때 호흡기계 부위별 침착량도 압축분사형이 수동분무형보다 침착량이 현저히 많았다.

제품군에 상관없이 폐포(AL) 부위에서 가장 높았고, 비강부위에서 가장 낮았다. 스프레이

형은 폐포 부위에서 총 침착량의 67.9±2.0%가, 기관지부위는 18.7±2.8%, 비강 부위에는

13.4±1.9%가 침착되었으며, 트리거형은 형은 각각 69.3±3.8%, 17.0±2.1%, 13.8±1.7%가

침착되었다. 질량 단위로 표현된 호흡기 부위별 침착량도 압축분사형이 수동분무형보다 많

았다. 제품군에 상관없이 비강부위에서 침착률이 가장 높았고, 흉곽부위(기관지부위, TB)에

서 가장 낮았다. 호흡기계 침착량을 백분율로 표시하면 압축분사형은 비강 부위에서 총 침

착량의 83.2±6.4%가, 기관지부위에는 5.2±1.0%, 폐포 부위에는 11.6±5.5%가 침착되었고,

수동분무형은 각각 85.5±3.0%, 4.9±0.4%, 9.6±2.8%가 침착되었다. 입자 표면적으로 표현

된 호흡기계 부위별 침착량은 압축분사형이 수동분무형보다 많았다. 표면적 단위로 표현된

호흡기계 침착량을 백분율로 표시하면 압축분사형은 비강 부위에 총 침착량의 58.4±15.0%

가, 기관지 부위는 8.1±2.1%, 폐포 부위에는 33.5±13.0%가 침착되었다. 수동분무형은 각각

64.2±16.1%, 7.0±1.3%, 28.7±15.0%가 침착되었다.

4. 흡입노출 가능 나노제품의 주요 나노물질의 독성참고치 결정

나노물질의 특성에 맞는 독성참고치 잠정안을 결정하기 위하여 대표적 나노물질인 AgNP,

TiO2에 대하여 기존 흡입관련 독성자료를 수집하여 양·반응관계 설정, POD 결정, 안전계수

를 보정하는 방법을 이용하여 독성참고치 잠정안을 결정하였다. 이에 따라 결정된 독성참고치

잠정안은 AgNP의 경우 31-53 ㎍/㎥, TiO2는 21-36 ㎍/㎥로 결정되었다. 반면 본 연구에서 평

가된 공기 중 농도는 AgNP인 경우 0.7~33.6 ㎍/㎥, TiO2 0.3 ㎍/㎥이었다.

- viii -

5. 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련

나노제품이 함유된 생활화학제품의 안전한 사용을 위한 로드맵을 위해도 평가 과정에 따라

일목요연하게 제시하였다. 최종적으로는 제품 용기 나노물질 표기 의무화 방안, MSDS에 나노

물질 명기화 방안, 위해우려제품의 노출평가 지침 마련, 위해우려제품의 관리지침 등이 마련

되도록 하였다.

생활화학제품의 DB 구축은 신규로 구축하기 보다는 기존의 연구과제에서 다른 위해성분의

평가를 하는 플랫폼에 나노관련사항을 추가하는 방법을 제안하였고, 나노물질의 기본특성 및

노출과 관련되어서는 정성 및 정량평가 자료의 기능을 추가 할 수 있도록 제안하였다.

생활화학제품의 나노관련 안전지침은 제품을 사용할 때 노출을 최소화 할 수 있는 지침을

목적, 적용대상, 노출관리 기본방향, 나노물질 표기 명기화, 사용자 지침, 개인위생으로 구분

하여 제시하였다.

- ix -

목 차

1장. 서론····················································································································································1

1절. 연구의 배경 및 필요성 ················································································································1

1. 연구의 배경 ······································································································································1

2. 연구의 필요성 ··································································································································4

가. 나노물질의 유해성······················································································································5

나. 나노물질의 특성과 유해성 ······································································································6

다. 나노물질의 종류와 유해성 ········································································································7

라. 나노물질의 생태 중 거동과 독성에 관한 연구 ··································································8

마. 다양한 나노물질의 dose metric 중 독성평가에 적합한 파라미터 선정 연구···············8

2절. 연구목표 ········································································································································9

1. 연구의 구체적 목표························································································································9

2. 연구의 범위 및 내용····················································································································10

2장. 연구내용 및 방법··························································································································11

1절. 연구내용 ········································································································································11

1. 연구목표 및 내용 ··························································································································11

가. 조사대상 제품군 분류··············································································································11

나. 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완······················································11

다. 흡입노출 나노제품 사용시 공기 중 농도 및 거동 특성 분석········································11

라. 흡입노출 가능 나노제품의 주요 나노물질의 독성참고치 결정 ······································12

마. 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련 ·································12

2. 연구 수행 시 고려사항 ················································································································13

2절. 연구방법 ········································································································································14

1. 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군중 나노물질 포함 및 흡입노출 가능제품 파악

··························································································································································14

가. 조사대상 제품군 분류··············································································································14

2. 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완 ··························································15

가. 국내·외 기존 흡입노출 계수 분류······················································································15

나. 국내·외 흡입노출 알고리즘 정리 및 나노제품에 맞는 노출알고리즘 작성 ············15

3. 흡입가능 나노제품의 공기 중 거동 특성····················································································16

가. 실험대상 나노제품에 함유된 나노물질 특성 파악 ··························································16

나. 거동특성 시 고려해야 하는 변수들······················································································18

다. 흡입노출(공기 중 거동) 평가 대상 제품의 선정 ······························································20

라. 사용조건 설정 : 제품 특성변수, 제품 사용변수 등··························································24

- x -

마. 공기 중 나노물질의 거동 평가 ······························································································28

4. 흡입노출 가능 나노제품 함유 주요 나노물질의 독성참고치 결정········································42

가. 대표 나노물질의 선정··············································································································42

나. 선정된 나노물질의 양·반응관계 문헌조사 및 정리························································42

다. 양·반응 데이터 추출··············································································································43

라. 양·반응 분석 ····························································································································45

마. 독성참고치 잠정안 결정··········································································································50

5. 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련·········································52

가. 문헌조사 ····································································································································52

나. 본 연구 수행 중 도출된 내용 ································································································53

다. 자문가 의견 수렴······················································································································53

3장. 연구결과 ········································································································································55

1절. 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군 중 나노물질 포함 제품, 흡입 노출 가능제품 파악

························································································································································55

1. 조사대상 제품군 분류··················································································································55

2. 국내문헌고찰 ··································································································································56

가. 국내 생활용품 안전 관련 연구현황······················································································56

나. 생활용품의 법적관리 현황 ······································································································64

다. 국외문헌고찰······························································································································64

2절. 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완 ························································69

1. 기존 노출 시나리오와 이에 따른 알고리즘 검토··································································69

가. 환경부 및 생활공감 보고서 ····································································································69

나. 일본의 NITE (National Institute of Technology and Evaluation) 보고서 ······················70

다. 미국 EPA 방법 ···························································································································75

라. 기타 문헌····································································································································75

2. 나노물질에 맞는 보완 알고리즘 제안······················································································79

가. 노출 시나리오 및 알고리즘 제안··························································································79

3. 노출계수 ········································································································································80

가. 공기 중 노출 농도 ····················································································································81

나. 체중··············································································································································81

다. 호흡량··········································································································································82

라. 제품군별 노출계수····················································································································82

3절. 흡입가능 나노제품의 공기 중 거동 특성 ··············································································85

1. 나노제품에 함유된 나노물질의 특성 ························································································85

가. 입도분석 ······································································································································85

나. 중금속 분석(ICP-MS) 및 전자현미경 분석 결과 ·······························································86

2. 소형 체임버 실험 ························································································································90

- xi -

가. 입자 수 농도 ······························································································································90

3. 노출 체임버 실험 ··························································································································93

가. 가열 및 흡착관 실험················································································································93

나. 공기 중 입자의 응집현상 ········································································································98

다. 벽면 분사 시 입자의 거동····································································································100

4. 클린룸 실험 ··································································································································103

가. 스프레이 제품 분사 시 입자상 물질의 거동····································································103

나. 제품 분사 시 공기 중 입자의 중금속 성분 및 전자현미경 분석 결과 ······················107

다. 자기 신체부위 분사 시 입자의 거동 ··················································································112

라. 스프레이 제품 분사 시의 흡입량 및 호흡기 부위별 침착량 ······································114

마. 실시간 측정기기 간 상관성 비교························································································133

4절. 나노제품에 함유된 주요 나노물질의 독성참고치 결정 ····················································135

1. 이산화티타늄(TiO2) ······················································································································135

가. 자료수집 ····································································································································135

나. 양-반응 분석····························································································································135

다. 독성참고치 잠정안 결정········································································································137

라. 독성참고치 비교······················································································································138

2. 은 (AgNP) ······································································································································140

가. 자료수집 ····································································································································140

나. 양-반응 분석····························································································································140

다. 독성참고치 잠정안 결정········································································································142

라. 독성참고치 비교······················································································································143

3. 나노입자 별 독성참고치 잠정안 제안····················································································144

4. 클린룸 측정값과 제안 독성참고치 비교················································································144

5절. 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련·································146

1. 노출평가 로드맵 작성················································································································146

가. 15개 생활화학제품군 파악 및 각 군별 제품 유통량 조사············································146

나. 각 제품군별 성분조사 ············································································································147

다. 나노물질의 함유 여부 파악··································································································147

라. 노출 경로 파악 ························································································································147

마. 각 제품군별 흡입노출 가능 제품(스프레이 제품) 선정··················································148

바. 나노물질 흡입노출 추정········································································································148

사. 나노물질 흡입 독성참고치 추정 ··························································································148

아. 위해도 평가······························································································································149

자. 생활화학제품의 나노물질 관리····························································································150

2. 데이터베이스 초안 ······················································································································155

3. 생활화학제품 나노물질 관리 지침(안) ···················································································156

- xii -

4장. 주요결과 요약 및 결론 ············································································································159

5장. 기대효과 및 활용방안 ··············································································································165

6장. 참고문헌 ········································································································································167

- xiii -

표 목차

Table 2-1. 나노입도분석기의 분석 조건 ·············································································································16

Table 2-2. ICP-MS 분석조건 ····································································································································17

Table 2-3. FE-SEM의 분석 조건 ·····························································································································18

Table 2-4. 생활화학용품 중 흡입노출 가능 나노물질 모니터링 방법 ·······················································20

Table 2-5. 흡입노출 시나리오 작성 필요 제품과 적용가능 가이드라인 ·······················································20

Table 2-6. 우리나라 나노물질 유통량 현황 (2008년도 유통량조사자료) ·······················································23

Table 2-7. 성분 별 GC/FID 분석조건 ····················································································································30

Table 2-8. 본 연구에 사용할 장비 제품명, 특성 및 원리 ··············································································32

Table 2-9. 예비실험에 사용된 제품 정보 ·············································································································35

Table 2-10. 클린룸 내 공기 중 거동 평가대상 제품 정보 ·············································································40

Table 2-11. 나노물질 폐독성과 관련된 건강상 지표 ·························································································44

Table 2-12. 국가별(기관별) 불확실성계수(uncertainty factor)의 적용 예 ······················································51

Table 3-1. 환경부 관리대상 위해우려제품 15종 ·································································································55

Table 3-2. 생활용품 관련 연구 과제별 연구 목적 및 주요 내용 요약 ·························································57

Table 3-3. 생활용품 관련 연구 보고서별 연구 대상물질별 노출경로 평가 ·················································60

Table 3-4. 국외 연구의 주요내용 ·························································································································65

Table 3-5. 제품군 별 나노물질 함유 가능성 및 노출가능성 ·········································································67

Table 3-6. 환경과학원 규정(위해우려제품 위해성평가의 대상 및 환방법등에 대한 규정)에 제시된 흡입

노출 시나리오에 따른 노출 알고리즘 ····················································································································69

Table 3-7. 국립환경과학원 규정(위해우려제품 위해성평가의 대상 및 환방법등에 대한 규정)에 제시된

흡입노출 시나리오에 따른 노출 알고리즘 ············································································································70

Table 3-8. 흡입노출을 추정하기 위한 공기 중 특정성분의 노출시나리오와 알고리즘 ···························72

Table 3-9. 미국환경보호청의 노출량 산정식 ·······································································································75

Table 3-10. 우리나라 성인 남녀의 분위수 별 체중(kg, 국립환경과학원 고시 제2014-50호) ·················81

Table 3-11. 우리나라 성인 남녀의 호흡량 (m3/day, 국립환경과학원 고시 제2014-50호) ·························82

Table 3-12. 제품군 및 제품형태에 따른 노출계수(국립환경과학원 고시 제2014-50호) ···························82

Table 3-13. 실내 세부장소별 머무름 시간(분/일, 환경부 노출계수 핸드북) ················································84

Table 3-14. 제품 원액의 입도분석 결과 요약 ···································································································85

Table 3-15. 제품 원액의 ICP-MS 및 전자현미경 분석결과 요약 ····································································88

Table 3-16. Thermodesorber 장착여부에 따른 SMPS 자료 요약 ···································································95

Table 3-17. 장치유무 여부에 따른 용매 농도 변화 요약 ·················································································98

Table 3-18. 벽면 분사 시 측정 위치 따른 분사 전과 후의 실시간 기기 측정자료 요약 ·······················101

Table 3-19. 각 제품의 분사 시 거리별 실시간 측정자료 요약 ·····································································104

Table 3-20. 각 제품의 분사 시 거리별 실시간 표면적 및 중량농도 요약 ·················································107

Table 3-21. 스프레이 제품 분사 후 공기 중 입자의 성분 분석 및 전자현미경 분석 결과 요약 ·········109

Table 3-22. 자기 신체부위 분사 시 거리에 따른 SMPS 측정자료 요약 ······················································113

Table 3-23. 제품 분사 시 거리 및 입자 크기에 따른 인체 흡입량과 호흡기계 침착량(입자 수) ·······116

Table 3-24. 제품 분사 시 거리 및 입자 크기에 따른 인체 흡입량과 호흡기계 침착량(중량) ·············119

Table 3-25. 제품 분사 시 거리 및 입자 크기에 따른 인체 흡입량과 호흡기계 침착량(표면적) ·········122

- xiv -

Table 3-26. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(수 단위) ···········125

Table 3-27. 수동분무형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(수 단위) ·········125

Table 3-28. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(중량 단위) ·······128

Table 3-29. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(중량 단위) ·······128

Table 3-30. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(표면적 단위) ···131

Table 3-31. 수동분무형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(표면적 단위) ·····131

Table 3-32. 압축분사형 제품의 공기 중 나노입자에 대한 측정기기간 상관성 ·······································133

Table 3-33. 수동분무형 제품의 공기 중 나노입자에 대한 측정기기간 상관성 ·······································134

Table 3-34. 반응지표를 PMN으로 관찰한 TiO2 흡입독성시험의 자료 수 ···················································135

Table 3-35. POD 상응 공기 중 농도 도출 (1 mg/m3 농도로 4시간 노출) ··················································137

Table 3-36. 나노 TiO2 입자의 크기별 독성참고치의 범위 제안 ···································································138

Table 3-37. 나노 TiO2 입자 독성참고치 비교 ···································································································139

Table 3-38. 반응지표를 PMN으로 관찰한 AgNP의 흡입독성시험의 자료 수 ·············································140

Table 3-39. POD 상응 공기 중 농도 도출 (1 mg/m3 농도로 4시간 노출) ··················································142

Table 3-40. AgNP의 크기별 독성참고치의 범위 제안 ·····················································································143

Table 3-41. AgNP의 독성참고치 비교 ·················································································································144

Table 3-42. TiO2, Ag의 제안 독성참고치 잠정안 ·····························································································144

Table 3-43. 클린룸에서의 SMPS 측정치와 독성참고치 잠정안 비교 ··························································145

Table 3-44. 연구내용과 한계점 및 향후 연구 방향 ·························································································149

Table 3-45. 노출평가 로드맵 작성을 위한 기존 연구와 향후 필요한 분야 요약 ·····································151

Table 3-46. 생활화학제품 노출 평가 로드맵 ·····································································································153

Table 3-47. 데이터베이스화를 위한 제품관련 정보 ·························································································155

Table 3-48. 데이터베이스화를 위한 노출 관련 정성 및 정량적 정보 ·························································156

- xv -

그림 목차

Fig. 1-1. 주요 나노물질의 생산량 변화. ·················································································································4

Fig. 1-2. 나노물질 함유 소비제품의 수 변화. ·······································································································5

Fig. 1-3. 흡입된 나노물질의 건강영향. ·················································································································5

Fig. 1-4. 생활화학제품 중 나노흡입가능 물질의 노출평가 및 독성참고치 결정 연구의 내용 및 방법의

요약. ·············································································································································································10

Fig. 2-1. 체임버 중 AgNP 농도에 따른 응집현상 변화의 예. ········································································13

Fig. 2-2. 대상 제품의 선정 절차. ·························································································································14

Fig. 2-3. 생활화학제품의 흡입나노 물질의 노출 및 거동특성을 나타내는 모식도. ·································18

Fig. 2-4. 공학적 나노입자 포함제품과 비공학적 나노입자 포함제품의 전자현미경(TEM) 사진(본 연구진

자료). ··············································································································································································25

Fig. 2-5. Thermodesorber에 의한 수분 및 용매 제거 (Hagendorfer et al., 2010). ···································28

Fig. 2-6. 제품 분사 시 수분 및 용매 제거율 비교를 위한 실험장치(SMPS-1:가열관+흡착관+실리카겔관,

SMPS-2: 가열관+흡착관, SMPS-3: 미장착). ············································································································29

Fig. 2-7. 용매 제거율 실험을 위한 시료 채취 모식도. ·····················································································30

Fig. 2-8. 나노입자의 질량농도, 수농도, 표면적 농도의 관계. ·········································································31

Fig. 2-9. 나노물질 평가에 사용된 장비의 입자 크기별 측정범위 모식도. ···············································33

Fig. 2-10. TEM grid(상)와 측정 기구(하). ··············································································································33

Fig 2-11. 나노입자 평가를 위한 소형체임버(좌) 및 예비실험(우). ·······························································35

Fig. 2-12. 본 실험에서 사용된 노출 체임버. ·······································································································36

Fig. 2-13. 나노입자 평가에 사용된 클린룸 사진 (내부 공기의 흐름, 온습도 조절 가능). ························37

Fig. 2-14. 클린룸 내 실험개요 및 위치별 측정항목. ·······················································································38

Fig. 2-15. 생활화학제품 중 나노 흡입노출평가를 위한 클린룸의 모식도와 근거리 장 및 원거리 장 측

정개념도. ·······································································································································································39

Fig. 2-16. MIM을 이용한 SMPS 및 OPS 자료의 병합(좌) 및 병합된 입자 수 농도의 분포(우). ···············41

Fig. 2-17. 수집한 자료의 데이터베이스. ·············································································································42

Fig. 2-18. 크기가 다른 나노입자의 dose metric별 폐염증 지표와의 양·반응관계 ···································43

Fig. 2-19. Grab It! XP 프로그램을 활용한 수치화 과정. ··················································································45

Fig. 2-20. Benchmark dose lower limit. ·················································································································46

Fig. 2-21. BMDS (continuous 모델) 데이터 입력. ································································································47

Fig. 2-22. 여러 가지 모델이 적용된 양-반응관계 그래프(X축: Dose, Y축: PMN (%)). ······························48

Fig. 2-23. BMDS 모델로 추정한 BMD(L). ··············································································································49

Fig. 2-24. MPPD모델 실행결과 (ϕ = 10nm, 농도 = 1mg/m3, 8hr 노출 시 폐포(p) 축적량). ·····················50

Fig. 3-1. 예비조사를 통한 흡입노출 가능 제품군 수. ·······················································································56

Fig. 3-2. 남녀별 스프레이 제품에 대한 노출 침착량(Lorenz et al., 2011). ················································77

Fig. 3-3. 제품에 함유된 입자의 분포(상: modal 분포(제품 D), 중: bimodal 분포(제품 E)). ······················86

Fig. 3-4. 압축분사형 G 제품 원액의 전자현미경 분석 결과. ·········································································89

Fig. 3-5. 수동분무형 I 제품 원액의 전자현미경 분석 결과. ··········································································90

Fig. 3-6. 예비실험 제품의 분사 전, 중, 후의 입자 수 농도 변화. ·······························································91

Fig. 3-7. Pre-B제품(수동분무형)의 전자현미경 분석 결과. ··············································································92

- xvi -

Fig. 3-8. Pre-C제품(압축분사형)의 전자현미경 분석 결과. ··············································································93

Fig. 3-9. Thermodesorber 장착여부에 따른 입자크기 별 수 농도 비교(상: 압축분사형, 하: 수동분무형).

························································································································································································96

Fig 3-10. Thermodesorber에 의한 수분 및 용매 제거 효율 비교(좌: 압축분사형, 우: 수동분무형). ····97

Fig. 3-11. Thermodesorber 장착에 따른 용매 농도 비교(a: 압축분사형 ethanol, b: 수동분무형 PGME,

c: 수동분무형 ethanol). ··············································································································································98

Fig. 3-12. AgNP 함유 압축분사형 제품의 습도 및 거리에 따른 응집현상(제품 D). ································99

Fig. 3-13. 나노물질 미표기 수동분무형 제품의 습도 및 거리에 따른 응집현상(제품 L). ·····················100

Fig. 3-14. 벽면 분사 시 제품별 거리에 따른 입자 수 농도 변화. ·······························································102

Fig. 3-15. 벽면분사 시 표면에 도포된 물질과 overspray된 물질 (a: 제품 D, b: 제품 I). ······················102

Fig. 3-16. 압축분사형 스프레이 제품의 분사 전, 중, 후 거리에 따른 입자 수 농도 분포 (상: 1 m, 중:

2 m, 하: 3m). ·····························································································································································105

Fig. 3-17. 수동분무형 스프레이 제품의 분사 전·후 거리에 따른 입자 수 농도 분포 (상: 1 m, 중: 2

m, 하: 3m). ·································································································································································106

Fig. 3-18. 압축분사형 A 제품(AgNP 함유) 분사 시 공기 중 입자의 전자현미경 분석 결과. ··············111

Fig. 3-19. 압축분사형 H 제품(물질 미표기) 분사 시 공기 중 입자의 전자현미경 분석 결과. ············112

Fig. 3-20. 자기 신체부위 분사 시 제품별 거리에 따른 입자 수 농도 변화. ·············································114

Fig. 3-21. 분사형태별 거리에 따른 흡입량과 호흡기 부위별 침착 입자 수 농도 비교 (a: 압축분사형 흡

입량, b: 압축분사형 침착량, c: 수동분무형 흡입량, d: 수동분무형 침착량). ·············································117

Fig. 3-22. 분사형태별 거리에 따른 흡입량과 호흡기 부위별 침착 입자 중량 농도 비교 (a: 압축분사형

흡입량, b: 압축분사형 침착량, c: 수동분무형 흡입량, d: 수동분무형 침착량). ·········································120

Fig. 3-23. 분사형태별 거리에 따른 흡입량과 호흡기 부위별 침착 입자 표면적 농도 비교 (a: 압축분사

형 흡입량, b: 압축분사형 침착량, c: 수동분무형 흡입량, d: 수동분무형 침착량). ···································123

Fig. 3-24. 생활화학제품의 입자 크기에 따른 수농도로 표시된 흡입량과 호흡계 침착량. ·····················126

Fig. 3-25. 생활화학제품의 입자 크기에 따른 질량농도로 표시된 흡입량과 호흡기계 침착량. ···········129

Fig. 3-26. 생활화학제품의 입자 크기에 따른 표면적으로 표시된 흡입량과 호흡기계 침착량. ·············132

Fig. 3-27. BMDS 모델로 추정한 나노 TiO2의 BMD(L). ····················································································136

Fig. 3-28. 나노 TiO2 입자의 1일 호흡기 부위별 축적량(Head: 두부, TB: 기관지, P: 폐포, Total: 호흡기

전체). ············································································································································································136

Fig. 3-29. BMDS 모델로 추정한 AgNP의 BMDL. ·······························································································141

Fig. 3-30. AgNP의 1일 호흡기 부위별 축적량(Head: 두부, TB: 기관지, P: 폐포, Total: 호흡기 전체).

······················································································································································································141

Fig. 3-31. 생활화학제품의 나노물질 노출 및 위해도 평가의 흐름도. ·························································146

- 1 -

1장. 서론1절. 연구의 배경 및 필요성

1. 연구의 배경

최근 화학물질 관련 및 생활화학물질 노출로 인한 사고가 발생하며 국내 화학물질 및 생활

화학물질의 위해성이 이슈화되고 있다. 구미 불산 사고와 더불어 2011년 산모나 영유아를 중

심으로 사망사고가 발생한 ‘원인미상 폐손상’ 사고의 경우 역학조사 및 흡입독성연구 결과

가습기 살균제가 그 원인으로 밝혀졌다(환경부, 2012). 국내 유통되고 있는 화학물질은 약

43,000 여종임에도 불구하고 유해정보가 확인된 물질은 약 15%에 불과하다(윤충식, 2014). 따

라서, 이를 고려한다면 화학물질과 관련한 안전사고는 잠재적으로 확대될 수 있다. 특히 국내

유통되고 있는 생활화학물질의 일부는 CMR(Carcinogen, Mutagen, Reproductive toxicant) 물질

및 급성독성 등의 유해성이 높은 것으로 나타났다(김경희, 2012). 그러나 경고표지, 규정법령,

유해성 등의 정보가 미비한 것으로 보고되었다.

국내에서는 유해화학물질관리법을 강화한 화학물질관리법을 2015년 1월 1일부터 시행하여

화학물질관리에 대한 법규를 강화하고 있으며, 이외에도 7개 부처에서 13개의 법으로 화학물

질을 관리하고 있다. 또한 화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률이 시행됨에 따라 관리 품

목 및 안전기준 개발 후 관리 품목들이 환경부로 안전관리업무가 이관되어 일원화된 관리가

이루어지고 있다(산업통상자원부, 2014). 제 3차 유해화학물질 기본계획은 급변하는 국내의 화

학물질 수요에 대응하여 국제표준 화학물질 관리체계를 도입하고 사전 예방적 위해관리 실현

을 위한 구체적 실행방안 마련을 추진하고 있다.

생활화학제품 사용으로 인한 안전사고 또는 유해물질 노출이 이슈화되면서 안전한 생활제

품 사용에 대한 관심 역시 증가되고 있다. 이렇게 국내 소비자의 안전 인식이 상승하고 다양

한 제품의 출시로 인하여 생활화학제품과 관련한 소비자 안전신고 또한 증가 추세에 있다.

그에 비해 현재 흡입노출에 대한 자료는 부족하다. 가습기 살균제와 같이 경구 또는 경피

에 노출 되었을 경우 안전하다고 생각되는 생활화학물질이 흡입을 통하여 노출되었을 시 인

체에 심각한 영향을 줄 수 있다는 결과가 나타났다. 이는 살균제뿐만의 문제가 아니고 방향

제, 탈취제, 세정제 및 살충제 제품들을 포함한 많은 생활화학제품들이 흡입독성 연구를 포함

하여 별도의 안전성 평가를 거치지 않은 상태로 소비자들에게 광범위하게 사용되어지고 있으

며(국립환경과학원, 2012), 이러한 점이 소비자들의 불안감을 증가시키고, 국민 전체 건강에

영향을 줄 수 있는 하나의 요소로 고려되고 있다. 노출 경로에 따라 흡입 독성이 달라지는 것

을 고려한다면 흡입 독성자료가 부족한 생활용 화학물질에 대한 흡입 노출 자료가 요구되는

것이 현재 실정이다. 국내 연구 결과에서도 생활화학제품 중 인체 노출이 가능한 화학물질의

파악과 흡수율에 대한 기초자료 연구의 필요성과 위해성 평가에 필요한 노출계수 확보의 중

요성이 보고된 바 있다(박지영, 2013).

나노물질 유용성에 대한 연구, 독성에 대한 연구, 노출 평가 방법(측정방법)에 대한 연구,

각종 환경 매체(작업환경, 수중, 토양 중 거동)에 대한 연구가 진행되었거나 진행 중에 있으나

연구가 취약한 분야 중 하나가 소비자 제품의 노출이다(Schafer et al.,2013). 생활화학제품 중

나노 흡입노출 가능성 연구에서는 일부 논문을 제외하고는 소비자 제품 중 나노물질 흡입량

- 2 -

은 상당할 것으로 보고되고 있다. 예를 들어, 소비제품 중 스프레이 나노 흡입량을 추정한 논

문에 의하면 (Chen et al., 2010) 스프레이 분사 후 발생된 공기 중 입자는 크기가 커서 수 평

균직경(CMD, count median diameter)이 22 μm이지만 최종적으로 남은 입자는 TiO2의 금속입

자로 직경이 75 nm이고, 그 주된 이유는 큰 입자의 침전과 분사제의 휘발 때문이라고 하였

다. 이 논문은 호흡위치에서는 주로 개별 입자 상태로 존재 (90% 이상)하는데 질량농도로는

3.4 ㎎/㎥, 수농도로는 1.6×10⁵ 개/cc으로 높았고, 이 중 나노입자는 170 μg/㎥이고 수농도는

1.2-1.6×10⁵ 개/㎤였다고 보고하였다. 다른 논문(Gohler and Stintiz, 2014)에서는 나노 스프레

이 제품 중 코팅 목적으로 분사된 것의 금속산화물은 제품 1 g 분사 당 5×10⁸-3×10 개/g

의 수 농도가 발생하고 이 중 나노입자의 분율은 수농도로 10-60%를 차지한다고 보고하였다.

소비제품 노출의 소비자 제품 중 인체 침입량을 고려한 것은 거의 발표되지 않았으나 2014

년 한 논문(Nazarenko et al., 2014)의하면 스프레이에 의한 입자의 노출은 대부분 조대입자크

기(2.5-10 µm)인데 나노입자도 농도는 낮지만 모든 실험제품에서 흡입노출이 가능함을 보였

다. 논문에 언급된 10개 제품 중 8개 제품이 1회 분사당 10-1,000 ng/kg의 흡입노출량을 보였

는데 이중 85-88%가 기도(코, 인후부)에 침착되고 10% 미만이 폐포 지역에, 그리고 8% 미만

이 기관지 부위에 침착된다고 보고되었다. 또한 이 논문에서는 나노 포함여부 표시가 실제 나

노물질 함유와 맞지 않는다고도 기술되어 있다.

소비자 제품 중 나노입자 함유제품의 스프레이 사용은 수 농도로 보면 매우 고농도로 노출

될 수 있다는 보고 내용도 있다. 즉 제품에 따라 다르나 폐포에서는 여성의 경우 2.4-3.6×10 개/실험조건, 남성 4.5-4.8×10 개/실험조건, 기관지는 여성의 경우 7.5-9.8×10⁹ 개/실험조

건, 남성 1.3-1.4×10개/실험조건, 코 부위는 여성의 경우 2.6-3.5×10⁹ 개/실험조건, 남성

4.8-4.9×10⁹ 개/실험조건으로 폐포에서 가장 높은 농도를 보이고 있다(Lorenz et al., 2011).

생활화학제품 중 나노 흡입노출의 가능성이 가장 높은 것은 스프레이 제품으로 2014년에

발행된 리뷰논문에서 이의 연구 필요성을 잘 설명하고 있다 (Losert et al., 2014). 스프레이

제품에서는 공학적 나노입자(Engineered Nano Particles, ENP) 성분을 나노크기의 미스트와 구

분하는 것이 중요한데 이를 위해 Thermodesorber를 사용하였다(Hagendorfer et al.,2010). 압

축분사형(Propellant type)과 수동분무형(Trigger 또는 Pump type)의 스프레이 제품을 조사했을

때 압축분사형은 나노크기의 입자가 관찰되었으나 수동분무형은 나노입자가 관찰되지 않았다.

제품에서 즉시 분사된 ENP는 살포 후 크기가 커지고 형태가 변하기는 하나 여전히 100 nm이

하의 크기를 유지하고 있었다.

스프레이 사용 시에는 나노입자의 이동거리가 필수적으로 고려되어야 한다. Schneider et

al. (2011)은이 나노물질에 의한 흡입노출의 개념모델을 제시할 때 사람의 머리로부터 방향구

분 없이 1 m 이내에 있는 거리를 Near field로 정의하였고, 체임버 또는 룸의 그 외 공간을

Far field로 정의하였다. 소비자 스프레이 제품 중 나노입자 포함제품을 공기 중으로 분사하였

을 때 발생원에 가까운 곳(Near field, 1 m 이하) 뿐 만 아니라 먼 곳(Far field, 1 m 이상) 까

지 나노입자가 비산되었다. 나노물질을 분사한 후 2분 동안 근거리 장뿐만 아니라 원거리 장

에서도 배경농도보다 높은 나노입자가 일정한 상태(steady state)로 관찰되었으며, 이후 12분

동안의 농도가 배경농도보다 높았다. 실시간 측정기기로 측정할 때는 스프레이 분사 때 발생

되는 액체 성분에 의해 간섭을 많이 받은 것으로 밝혀졌다. 본 연구에서는 근거리 장뿐 아니

- 3 -

라 원거리 장에 있는 사람까지도 개인노출이 가능하다고 보고하고 있다 (Bekker et al., 2014).

그러나 단순히 실시간 기기만으로 측정된 나노 범위의 입자가 실제 나노입자에 의한 것인지

미스트에 의한 것인지는 구분할 수 없으므로 반드시 액체성분을 제거할 수 있는 장치(예,

Thermodesorber)와 전자현미경으로 형태를 관찰하는 과정이 필요하다.

생활화학제품 중 나노흡입 가능성이 높다고 할 수 있는 압축분사형 스프레이 제품은 대개

활성성분(active ingredients)과 적절한 용매로 이루어져 있는데, 이 용액이 특정형의 노즐이

부착된 압력용기에 충진되어 있으며, 여기에 분사를 위한 propellant mix가 최종적으로 첨가되

어 구성된다. 반면, 수동분무형 스프레이의 경우에는 propellant mix가 없어 보통 큰 입자가

발생한다. 이외에 거품(form)이나 젤(gel) 형 제품도 있으나 앞서 언급한 두 형태의 제품에 비

해 흡입성 에어로졸이 발생되기 어렵다. 기존 문헌에 의하면 압축분사형 스프레이는 주로 10

㎛ 이하의 크기를, 수동분무형 스프레이는 비 흡입성인 10 ㎛ 이상 크기의 입자를 방출하는

것으로 알려져 있다(Bremmer et al., 2006, Eickmann, 2007). 그러나 스프레이 제품에서 입자

의 크기는 성분의 원래 크기, 포장 사항(예, 스프레이 노즐, 캔의 크기, 압력)등에 영향을 받아

실제 분사 시 발생하는 입자는 다를 수 있다.

흡입 노출을 추정하기 위한 방법으로는 다음과 같은 방법들이 있다. 실시간 측정기기를 이

용한 모니터링의 경우 그 측정값을 Gold standard라고 볼 수 있으나 정확한 값을 얻기 위해서

는 복잡하고, 세밀한 연구디자인이 필요하다. 수학적 접근법(보수적 접근법) 역시 노출 추정에

이용되는데 수학적 접근법에서는 Worst case가 Tiered exposure assessment의 출발점이 될 수

있다. 이 방법에서 얻은 값은 추정치이기는 하나 추정을 빨리 진행할 수 있고, 실제 측정 없

이도 추정할 수 있는 것이 장점이다. 수학적 접근법에서 사용하는 변수들에는 분사량에 대한

최대 추정치, 분사시간, 분사공간의 체적 등이 있다. 또한, 실제 상황을 근거로 한 수학적 모

델은 실제 공기 중 입자를 측정하여 모델링하는 기법으로 사용되고 있으나(예, ConsExpo 4.1,

BG-Spray.) 모든 변수를 한 연구에서 다 측정하는데 어려움이 따르므로 기존에 제시된 여러

자료를 활용하여 모델에 사용하는 것이 좋다.

자료의 예,

- COLIPA study 자료 : 124.100 European households and more than 32,470 individuals

(Hall et al., 2007, 2011)

- SCCS 자료 : the Scientific Committee for Consumer Safety (SCCS, 2010)

- The European Commission (European Commission, 1996) 자료

- 4 -

2. 연구의 필요성

국제적으로 화학물질의 사용량이 증가함에 따라 국내 화학물질 관리의 필요성이 증가하고,

제품에 대한 안전성 규제 역시 강화되고 있으며, 이에 따라 우리나라에서도 화학물질의 위해

성을 사전에 저감하고자 화학물질의 위해성관리 및 평가 체계를 구축하고 있다. 현재 우리나

라의 「화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률」시행에 따라 공산품 17개 품목이 환경부로

업무 이관됨에 따라 이에 대한 안전성 평가도 함께 이루어져야 한다. 그 중에서도 나노기술의

발달에 따른 나노물질의 잠재적 위해성에 대한 우려가 커지고 이에 따른 안전관리를 위한 방

안이 주요 이슈가 되고 있다. 우리나라는 세계 4위의 나노기술 보유국이며 전 세계 나노제품

시장에서 9% 점유율을 차지하고 있다. 그 위상에 걸맞게 OECD의 제조나노물질 안전성 지원

사업에 참여하는 등 적극적으로 나노물질 관리 제도를 마련하고 있으나 아직 이에 따른 연구

나 결과는 미미한 편이다. 현재 추진되는 계획들은 주로 제조나노물질에 대한 것이며 소비자

제품에 관한 연구는 거의 없다. 소비자들의 안전의식 수준이 높아감에 따라 소비자 제품의 안

전관리가 강화되고 있으나 대부분이 안전에 초점을 두고 있으며 화학물질도 중금속이나 휘발

성물질에 관한 것이 대부분으로 나노물질에 대한 연구와 체계가 보다 적극적으로 구축되어야

할 필요가 있다.

Fig. 1-1. 주요 나노물질의 생산량 변화.

국제 화학물질규제가 유해성 관리에서 위해성 관리체계로 변화함에 따라 국내에서도 화학

물질의 위해평가체계를 구축하고 관련 법규를 강화하고 있다. EU의 신화학물질 관리제도

(REACH)에 따라 우리나라도 2015년 1월 1일부터 화학물질관리법과 화학물질의 등록 및 평가

등에 관한 법률 시행으로 신규화학물질의 유해성 심사항목을 확대하고 유독물 분류 및 표시

를 위한 GHS를 도입하는 등 좀 더 체계적인 화학물질 관리가 이루어지고 있다.

소비자제품 중 나노물질 사용 역시 증가하고 있다. 미국의 자료에 의하면 소비자 제품 중

나노포함 물질의 제품 수는 2005년부터 2009년 사이에 18배 증가하였다. 2013년 기준으로 가

장 많은 ENP는 은 나노(383개 제품)였고 다음 Ti/TiO2 제품(179제품), 탄소/플러렌(89제품), 실

리카(52제품), 아연/산화아연(36제품), 금(19제품) 순이었다(Woodrow Wilson International

- 5 -

Centre for Scholars 연구, www.nanotechproject.org).

Fig. 1-2. 나노물질 함유 소비제품의 수 변화.

가. 나노물질의 유해성

나노물질은 물리화학적 특성상 세포나 조직으로의 침투가 용이하며 다양한 표적장기를 가

지므로 광범위한 인체독성과 환경위해성에 관한 경고가 많다. 인체에 유입되는 나노물질은 순

환기를 통해 체내 장기에 쉽게 분포 가능하며 여러 표적장기에서 전신작용을 유발할 수 있으

므로 나노물질에 의한 체내 동태, 노출현황 및 인체 유해성에 관한 연구가 수행되고 있다. 나

노물질의 독성학적 기전은 확실히 밝혀지지 않았으나 요약하면 아래와 같다.

Deposition in the pulmonary systemDeposition in the

pulmonary system

Pulmonary inflammationPulmonary

inflammation

Systemic inflammation

Systemic inflammation

Cardiac effectsCardiac effects

Effects on central nervous system

Effects on central nervous system

Blood vessel dysfunctionBlood vessel dysfunction Activation of white corpuscles

Activation of white corpuscles

Extrapulmonary organs Liver Heart

Extrapulmonary organs Liver Heart

Autonomous nervous system

Ambient air

Inhalation

Translocation of particles:Mediator: Translocation of particles:Mediator:

Neurons Circulation

Interstices

Fig. 1-3. 흡입된 나노물질의 건강영향.

- 6 -

나. 나노물질의 특성과 유해성

(1) 입자크기

나노미터(㎚)는 미터의 십억 분(10-9)의 1이다. 이 크기 범위의 입자들의 용어들은 엄격하게

정의되어 있지 않고, 정의에 대한 합의도 이루어지지 않은 상태이다. 일반적으로는 나노 입자

의 크기 규격을 "적어도 하나의 차원에서 100 ㎚ 보다 작은 것"으로 본다(NNI, 2008). 하지만

나노 입자들은 실제 환경 중에서 응집체(agglomerate), 집합체(aggregates)를 잘 형성하기 때문

에 나노물질의 독성을 논의할 때 엄격히 100 ㎚를 기준으로 정의하는 것에 대해서는 논란이

되고 있다. 나노입자들이 단일 입자로 지속되기보다는 응집이나 집합체와 같이 더 큰 크기의

입자들로 존재하기 때문이다(Englert, 2007). 하지만 이런 응집체나 집합체를 형성한 나노입자

가 폐에서 deagglomerate나 disaggregate 상태가 되어 침착된다면 개별 나노입자의 노출과 비

슷한 생물학적 영향을 초래 가능하다. 나노입자의 독성은 입자 크기가 작아질수록 증가하고,

나노입자의 작은 사이즈는 기관지 부분과 표면적이 큰 폐포 부분으로의 침투가 가능한 수준

이다. 특히 표면적이 커 나노입자가 혈관으로 이동될 가능성이 높고, 혈관으로부터 잠재적인

조직 건강 유해성을 나타내는 세포나 조직으로 이동하는 것 역시 가능하다(Sung et al., 2008;

Semmler-Behnke et al., 2012).

(2) 표면적과 반응성

나노 입자의 크기가 작으면 입자들은 표면적에 대한 질량비가 매우 크다. 이는 용량과 표

면반응성/화학적 특성과 함께 세포손상을 유발하는 주요 요인으로 알려져 있다. 입자의 반응

표면적과 화학에 의한 산화 스트레스로 인해 세포손상이 일어나고 이것이 염증반응으로 이어

지는데 특히 유효 용량 기전으로 표면적에 대한 독성학적 증거는 불용성 입자에서 강하게 나

타난다(Nel et al., 2006; Deng et al., 2013).

(3) 입자 수

생물학적 반응 표면적이 적은 일반적인 입자들은 독성이 적고, 고유독성이 낮은 입자들이

라 하더라도 충분히 높은 표면적 용량에서는 폐 염증과 섬유화를 유발할 수 있다고 보고되었

다 (Seaton et al. 1999; Gliga et al., 2014).

(4) 용해성과 생체지속성

흡입된 입자들과 섬유들의 용해성도 독성에 영향을 미치는 것으로 보고되었다. 예를 들어

폐 속에 유지되고 있는 용해성이 낮은 물질들은 염증, 섬유화, 암을 야기하는 산화 스트레스

의 원인으로 보고된 바 있다(Seaton et al. 1999; Donaldson et al. 2001).

(5) 입자모양

유해한 섬유의 정의는 다양하나 모든 섬유들은 명백한 유해성을 가지는 호흡성이기 때문에

건강평가를 위해 섬유의 크기를 규제적으로 명백히 할 필요가 있다. 일반적으로 섬유 독성에

대해 알려진 것처럼 ① 3 µm 보다 얇고, ② 대략 15 µm 보다 길고, ③ 폐 속에서 생체지속성

- 7 -

이 있는 섬유가 유해하다(Seaton et al., 2009).

(6) 초기입자크기, 집합, 응집

응집체나 집합체의 형성은 폐 속에 나노입자의 투과와 침착을 평가할 때 매우 중요하다.

예를 들면 폐 속의 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)는 CNT가 에어로졸화 될 때 CNT 형

태 그대로 침착된다. 집합체 형태의 CNT는 공기역학적 직경의 입자처럼 폐 속에 침착되는데

만약 CNT가 하나의 섬유로 에어로졸화 할 수 있다면 CNT의 침착은 공기역학적 직경과 일직

선의 공기흐름의 가능성에 기초한다는 일반적인 통념을 따를 것이다. 이것은 나노입자 측정

방법과 측정 장비의 사용과 선택에 직접적인 영향을 주는 요소이다(Elderly et al., 2008;

Seaton et al., 2009).

(7) 표면의 계면화학적 성질

나노입자의 높은 독성은 같은 질량 농도의 입자와 비교해서 더 큰 표면적과 더 많은 입자

수에 관련이 있다(Sajid et al., 2015). 이 가설은 응집되거나 응결된 난용성의 비의도적 나노물

질에 노출된 설치류의 폐 관찰 영향 연구로 인해 제기되었다. 연구에 의하면 난용성의 독성이

낮은 입자의 동물 연구에서 관찰된 용량-반응 관계는 용량이 입자 표면적으로 표현될 때 입

자 크기와 그 상관성이 일관되게 나타났다. 이들 물질의 더 작은 입자 크기에서 독성이 높게

나타나는 기전 때문에 폐 손상, 산화 스트레스, 조직 손상이 발생한다. 입자의 생물학적 활성

은 그들의 수, 물리적, 화학적 특성 즉 크기, 표면적, 용해도, 모양, 결정구조, 전하, 촉매반응,

표면 화학적 성질 등에 의해 영향을 받는다 (Seaton et al., 2009).

다. 나노물질의 종류와 유해성

(1) 금속

금속 나노입자로 동물실험을 해본 결과 급성염증효과는 금속이온이 나타내는 반응성 유해

산소(reactive oxygen species, ROS)의 발생 능력과 연관이 있으며 독성은 자유라디칼 활동과

관련이 있다고 보고되었다. 금속에 따라 물리화학 특성에 차이를 주어 양-반응관계가 달라진

다 (Seaton et al., 2009).

(2) 금속 산화물

금속 산화물과 난용성 입자들의 일관적인 용량-반응 관계는 용량을 입자 표면적으로 나타

낼 때 명확히 관찰된다. 즉, 유사한 화학 특성을 가진 더 큰 입자와 비교하여 주어진 용량에

서 입자크기가 작을수록 표면적이 증가하기 때문에 독성이 증가하는 것이다. 입자크기와 표면

적 외에도 독성에 영향을 미치는 물리화학적 인자로는 용해도, 모양, 표면 반응 위치, 전하,

결정형 구조 등이 있다. 동물연구에서 나노입자가 응집되거나 결합된 형태의 난용성 나노구조

금속산화물은 유사 성분의 큰 입자보다 폐 염증, 조직 손상, 폐종양을 일으키는 잠재성이 더

큰 것으로 나타났다 (Lee et al., 1985; Oberdörster et al., 1990, 1992, 1994; Tran, 2000).

- 8 -

(3) 폴리머(polymer)

비 제조 유기나노입자 중에서 흡입노출에 의해 사람에게 급성독성을 유발하는 것이 존재한

다는 보고도 있다. 예를 들어 갓 발생된 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE) 흄(425 ℃ 이상의 온

도에서 발생)은 시간이 지난 흄보다 폐에 독성이 매우 강하다고 알려져 있다. 시간이 지남에

따라 PTFE 흄은 입자 사이즈가 증가할 뿐만 아니라 표면화학이 변하기에 독성이 급격히 낮

아진다 (Oberdörster G et al., 2005; Johnsoton et al., 2000).

라. 나노물질의 생태 중 거동과 독성에 관한 연구

나노입자 시료들은 저장과정에서 일부 소실이 되는 특성이 있어 단시간 내에 분석이 수행

되어야 하며 분석 과정에서 고려해야 할 부분들이 많다. 특히 생물학적 시료분석 시 각종 불

순물과 오염물질 (단백질 혹은 염분 등)을 함유하여 정량 검출 시 정확한 결과를 산출하는데

방해가 될 수 있다. 나노입자 분석에는 재현성과 적절성을 확인해야 하며 mass-balance, 방사

성동위원소 표지된 물질을 활용한 연구들이 체내 반감기, 제거, 분포 등의 동력학적 파라미터

들에 대한 정보의 질을 향상시킬 수 있다 (Werner et al., 2007). 쥐에게 TiO2와 ZnO 나노입자

를 매일 13주에 걸쳐 경구 투여한 후 혈액, 장기, 소변, 대변을 분석한 결과. 실험결과는 TiO2

는 노출수준에 따른 유의한 증가가 관찰되지 않았고, 반대로 ZnO의 농도는 대조군과 비교해

서 유의하게 증가됨이 관찰되었다. 이는 ZnO가 산성을 띄는 위액에서 높은 용해율을 갖기 때

문인 것으로 추정되지만 추가적인 고찰이 요구된다 (Cho et al., 2013).

마. 다양한 나노물질의 dose metric 중 독성평가에 적합한 파라미터 선정 연구

실험용 랫트에 18, 34, 60, 160 nm 사이즈의 AgNP를 각각 41 - 1105 μg/㎥의 농도로 조

제하여 4일간 연속으로 흡입노출 시킨 후 24시간과 7일째에 각각 부검한 결과, 기관지폐포액

(bronchoalveolar lavage fluid)에서 염증성 사이토카인 (pro-inflammatory cytokines)과 세포수

(cell counts) 같은 폐 독성 파라미터들이 노출수준에 비례하여 증가하는 것이 관찰되었다. 이

를 통해 폐포에서 나노입자의 표면적을 사용한 결과가 흡입으로 인한 AgNP 입자의 독성을

설명하는 가장 적절한 지표로 선정되었다 (Braakhuis et al., 2015).

소비자 제품의 나노 흡입 노출 평가 및 향후 관리에 있어 생활화학제품에서 나노물질이 발

생하여 소비자에게 도달할 동안 그 물리화학적 특성을 파악하는 것이 매우 중요한데, 이것은

물리화학적 특성이 나노 입자들의 작은 크기와 넓은 표면적에 영향을 미치기 때문이다. 따라

서 화학적 조성, 표면구조, 용해도, 모양, 응집상태 등의 거동현상을 파악해야 하는데 이러한

지표들은 나노제품의 기능성을 향상시킬 뿐 아니라 유해성도 결정하기 때문이다.

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2절. 연구목표

1. 연구의 구체적 목표

본 과제 최종 목표는

o 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군 중 나노물질 흡입 노출을 평가하고,

o 나노입자의 노출 시나리오 작성 및 독성참고치를 제안하여,

o 생활화학제품 중 나노물질 대한 시험·평가법의 확립 및 규제기준에 대한 과학

적 근거를 확보하는데 있다.

이를 위한 구체적 목표는 다음과 같다.

(1) 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군중 군별 나노물질 포함 제품, 흡입노출 가능제품 파

악

(2) 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완

(3) 흡입노출 나노제품 사용 시 공기 중 농도 및 거동 특성 분석

(4) 흡입노출 가능 나노제품의 주요 나노물질의 독성참고치 결정

(5) 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련

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2. 연구의 범위 및 내용

Fig. 1-4. 생활화학제품 중 나노흡입가능 물질의 노출평가 및 독성참고치 결정 연

구의 내용 및 방법의 요약.

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2장. 연구내용 및 방법

1절. 연구내용

1. 연구목표 및 내용

위의 최종 연구목적을 달성하기 위하여 구체적 연구 목표를 설정하였고, 각 구체적 연구

목표를 달성하기 위하여 아래와 같이 구체적 목표별 연구 내용을 설정하였다

가. 목표 : 조사대상 제품군 분류

내용 :

① 환경부 관리대상 15개 생활화학 제품군 분류 및 사용방법 분류

- 현행 환경부 관리대상 법적 관리 제품군 조사

- 최신 연구결과 반영을 위해 국내외 연구논문과 보고서를 대상으로 문헌조사 진행

② 각 생활화학제품군별 나노물질 함유 가능성 및 노출 경로 파악

- 각 제품군별 흡입, 경피, 경구 등 노출 가능 경로 작성

③ 흡입노출이 예상되는 제품 조사 및 노출시나리오 작성이 필요한 대상 제품군 분류

- 여러 노출 경로 중 특히 나노물질에 대한 흡입노출 가능성을 고려하여 시나리오 작성이

필요한 제품군을 선정

④ 공기 중 노출 평가 및 거동 실험 대상 제품 선정

- 위 ①~③을 고려하여 최종 대상제품을 선정

나. 목표 : 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완

내용 :

① 국내외 기존 흡입노출 계수 정리분류

- 각 제품의 사용방법에 따른 사용행태 조사 (사용량, 사용횟수, 제형특성)

- 제품군별 사용행태를 고려하여 노출시나리오 작성에 필요한 흡입노출 계수 정리

② 국내외 흡입노출 알고리즘 정리

③ 실험대상 나노제품에 함유된 나노물질 특성 파악

- 총량, 농도, 함유 제형 크기 및 형태 분포 결정

④ 나노제품 특성에 맞는 노출계수 및 알고리즘 보완

다. 목표 : 흡입노출 나노제품 사용시 공기 중 농도 및 거동 특성 분석

내용 :

① 시험대상 흡입 나노물질 함유 제품의 선정

② 제품의 사용조건 설정 : 제품 특성변수, 제품 사용변수 등

③ 나노노출 체임버 사용조건 설정 : 소형체임버, 클린룸, Exposure chamber

④ 나노입자 모니터링 : On-line monitoring, Off-line monitoring

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라. 목표 : 흡입노출 가능 나노제품의 주요 나노물질의 독성참고치 결정

① 흡입노출이 가능한 스프레이형 제품에 함유된 주요 나노물질 2종(TiO2, AgNP)을 선정,

문헌검색을 통해 확보한 자료들을 활용하여 독성참고치 잠정안 제안 및 기존 독성참고

치와 비교함

② 본 연구목표 달성을 위한 연구 방법론

- 자료 수집 및 선택

Pubmed와 Scopus에서 흡입독성과 관련된 문헌 수집 및 분류함. 분류된 자료들은 크게

흡입(inhalation)과 기관지주입(intratracheal instillation)법이 적용된 실험결과들로서 기관

지주입법의 경우 설계가 간편하고 경제적이며 계획한 노출량을 정확히 체내에 유입시킬

수 있는 실험법으로 제시되고 있음. 흡입 시험법을 적용한 자료들은 그 수가 제한적일

뿐만 아니라 노출 후 관찰시점이 자료들마다 제각각이어서 자료를 통합하여 독성참고치

를 도출하기에 무리가 있어 기관지주입법으로 실험한 자료들을 이용하여 잠정적인 독성

참고치를 제안함

- 자료의 추출 및 분석

양-반응 평가를 위해 적절한 dose metric과 반응지표를 선택하여 자료를 추출함. 그래프

의 형태로 제시된 자료는 수치화(digitize)함

- 독성참고치 잠정안 제시

양-반응 평가를 통해 관찰된 POD에 인체로의 외삽을 위한 불확실성계수를 적용하여 독

성참고치 잠정안을 제시함. 불확실성계수는 국내외 주요기관에서 제안하는 수치를 적용

하여 도출함

- 기존 독성참고치와의 비교

벌크 및 나노입자의 기존 독성참고치와 본 연구에서 제안하는 참고치의 범위를 비교함

마. 목표 : 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련

내용 :

① 향후 나노 흡입노출 평가 로드맵 작성

② 생활화학제품 중 함유 나노물질 노출 평가 결과 DB 구축안 제시

③ 생활화학제품 중 함유 나노물질 관리방안 제시

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2. 연구 수행 시 고려사항

각 세부 목표별 연구 내용을 위에 기술하였거니와 본 과제의 주된 연구내용은 생활화학제

품 중 나노물질 포함제품의 흡입 노출량 조사와 나노물질이 공기 중으로 분사되고 난후 거동

이 어떻게 되는지 파악하는 것이 중요하다. 따라서 연구를 수행하는 데 있어 다음을 반드시

고려해야 한다.

일차적으로 흡입노출 가능제품군을 파악하였다. 본 연구진은 생활화학제품 중 주로 나노

물질의 흡입노출이 가능한 제품은 스프레이 형태가 주를 이룰 것이라고 판단하였다. 따라서

나노물질의 공기 중 거동을 이해하는 것이 필수적이다. 생활화학제품 중 나노물질 거동을 파

악할 때 주의해야 할 요소는 다양하다. 예를 들어 스프레이의 용매(수용액 또는 휘발성 용매)

의 차이, 사용용도, 사용방법, 제품 중 농도, 다른 용질의 영향, 공기의 온 습도, 환기율 등이

영향을 미칠 것이다. 만일 노출되는 장소가 매우 협소한데 비해 노출 농도가 높으면 응집이

일어날 것이다. 한 예로 은 나노(Silver nanoparticle, AgNP)의 공기 중 응집현상은 그림 2-1과

같다. AgNP를 이용한 체임버 실험에서 응집현상은 에어로졸 형성 초기단계에서부터 관찰되는

것으로 보아 금속나노물질인 경우 공기 중에서 응집현상이 빠르게 일어남을 알 수 있다.

AgNP는 공기 중 머무름 시간이 길거나 공기 중 농도가 높을 때 응집현상이 빠르게 일어난다.

Fig. 2-1. 체임버 중 AgNP 농도에 따른 응집현상 변화의 예.

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2절. 연구방법

1. 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군중 나노물질 포함 및 흡입노출 가능제품 파악

가. 조사대상 제품군 분류

(1) 나노물질 함유 대상제품의 선정

Fig. 2-2. 대상 제품의 선정 절차.

환경부 관리대상 제품군 중 실제 흡입노출이 가능한 제품군을 환경부 관리대상 제품군 중

흡입노출이 가능한 소비 제품군(소분류)을 「세정제」,「섬유유연제」,「코팅제」,「방청제」,

「김서림 방지제」,「방향제」,「탈취제」,「소독제」 등 8군으로 압축하였다. 위 제품군 중

나노물질이 함유된 제품 수는 제한적이므로, 그림 2-2와 같은 절차에 의해 최종 대상제품을

선정하였다. 선정절차는 다음과 같다.

첫째, 제품군 중 흡입노출 가능여부에 따라 제품군 압축

둘째, 나노물질함유, 비함유 물질 구분

① 「생활공감 보고서」에서 조사된 다빈도 사용 제품목록 중 나노물질 함유여부에 따

라 제품 선정

② 인터넷 마켓(대형 온라인 쇼핑몰)에서 시판중인 나노물질 함유제품을 사용용도(예.

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세정제, 코팅제, 방청제 등)로 검색한 후 “나노”, “나노스프레이”, “나노함유”,

“은 나노” 등 단어로 결과 내 검색을 하여 인기 및 판매순 상위 3개 제품을 선정.

셋째, 분사형태(압축분사형, 수동분무형)에 따른 최종분류

(2) 환경부 관리대상 제품군 표본조사

환경부 관리대상 제품군을 대상으로 온라인 마켓에서 유통 및 판매되고 있는 제품을 조사

하여 각 제품군 별 나노물질 함유 제품 비율을 파악하였다. 모든 제품군에 대한 전수 조사는

사실 상 불가하여 대형 온라인 마켓에서 판매되고 있는 제품을 검색 및 선별하여 총 300 여

개의 표본 제품에 대한 정보를 수집하였다. 제품 검색은 본 연구에서 중점적으로 다루는 내용

이 나노물질이 포함된 제품에 대한 흡입 노출이므로 흡입노출이 가능한 「분말 세제」, 「스

프레이 세제」, 「스프레이 코팅제」, 「나노」 등 각 제품군별 키워드를 검색하였으며, 해외

직구 상품을 제외한 국내에서 실제 구입할 수 있는 제품을 선정하였다. 사용형태는 분말형과

스프레이형으로 구분, 분말형은 다시 가루형과 파우더형, 스프레이형은 압축분사형과 수동분

무형으로 다시 구분하였다.

2. 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완

가. 국내·외 기존 흡입노출 계수 분류

문헌조사를 통해 인체 흡입노출 가능제품의 노출 시나리오에 사용되는 제품의 사용량, 사용

횟수, 제형 특성 등을 조사하였다. 방향제와 탈취제품 제형은 압축분사형(propellant type), 수동

분무형(trigger type), 액체형(liquid type), 젤 형(gel type) 및 훈증형(fumigation type)으로 구분하

였고, 우리나라와 외국 기관에서 제시하는 각 제품군별 노출계수를 조사하여 나타내었다. 본 연

구의 노출시나리오 작성은 우리나라 소비자의 노출을 반영하기 위해 환경부에서 제시하는 노출

계수를 사용하였으며, 각 제품군별 사용 시간과 사용량, 사용빈도, 사용 장소에서의 머무름 시간

등 사용 특성과 관련된 계수를 적용하여 일 노출량을 산정하였다.

나. 국내·외 흡입노출 알고리즘 정리 및 나노제품에 맞는 노출알고리즘 작성

흡입 시나리오 작성을 위해 문헌고찰을 수행하여 기존에 제시된 흡입 노출 관련 알고리즘을

조사하였으며, 이들의 장단점을 제시하여 나노입자에 적합한 알고리즘을 새로이 제시하였다. 흡

입노출 알고리즘에는 앞서 기술한 바와 같이 여러 노출계수들이 반영되어야 하는데, 실제 생활

화학용품을 사용하는 소비자들의 흡입노출 시나리오 작성에 용이하도록 제시하였다.

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3. 흡입가능 나노제품의 공기 중 거동 특성

가. 실험대상 나노제품에 함유된 나노물질 특성 파악

나노물질 함유 제품의 공기 중 거동실험에 앞서 제품 원액 내 함유된 나노물질의 특성을

비교하기 위해 유도결합플라즈마-질량분석기(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer,

ICP-MS)와 전자현미경을 이용하여 물질의 성분 분석과 형태, 크기 등을 확인하였다. 제품은

함유된 나노물질이 명시된 제품 5종과 함유물질 표시 없이 「나노」와 관련된 문구가 들어가

있는 제품을 2종을 선정하여 원액 분석을 실시하였다. 제품 내 금속성분의 나노물질을 정성·

정량하기 위해 일정량을 전처리하여 ICP-MS로 분석하였으며, 나노물질의 크기 및 형태와 성

분은 EDX(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)가 전계 방출형 주사전자현미경(Field

Emission Scanning Electron Microscope, FE-SEM)을 이용하여 분석하였다. ICP-MS와 전자현미

경 분석을 위한 시료의 전처리 과정의 개요는 다음과 같다.

(1) 입도분석

제품 내 함유된 입자 크기분석을 위해 입도분석을 실시하였다. 입도분석은 나노입도분석기

(Scatteroscope Ⅰ)를 이용하였으며, 분석기기는 동적광산란 (Dynamic Light scattering system)

을 이용한 광자 상관분광법(Photon Correlation Spectrosocpy)이 적용된다. 입도 분석기는

1-7,000 nm 범위의 입자와, 1 mg/mL-40 %W/V의 농도 범위까지 분석 가능하다. 제품 원액의

농도가 높을 경우 제품 용매의 종류에 따라 에탄올, 증류수에 10배 희석하여 분석하였으며,

이 두 가지 용매에 제품 원액이 희석되지 않을 경우 TCE를 이용하여 희석하였다. 본 입도분

석에 사용된 분석 조건은 표 2-1과 같다.

Content Condition

Exposure type Single exposure

Total exposure time 75 sec

Exposure time length 300 msec

Average count rate 79 - 292 kcps

Temperature 24 ℃

Solvent (Refractive index, viscosity)

Water (1.3300, 0.9277 cP)

TCE (1.4777, 1.4776 cP)

Ethanol (1.3611, 1.0596 cP)

Solute (Refractive index) Silica (1.4600)

Dilution 1: 10

Table 2-2. 나노입도분석기의 분석 조건

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(2) ICP-MS 분석

원액분석을 위해 선정된 제품에 대하여 각 제품 당 원액을 1 ml 씩 취하여 염산과 질산을 3:1

로 혼합한 왕수용액 5 ml에 첨가하여 분석을 진행하였으며, 한 제품 당 3회 반복 실험을 실시

하여 분석 값에 대한 재현성을 확인하였다. 시료의 전처리는 중금속 오염을 방지할 수 있는

흑연소재의 Multi Hot-Plate 장비(i.e, vessel; ECOPRE, ODLAB, Korea)를 이용하여, 50 ℃, 80

℃, 120 ℃, 150 ℃, 180 ℃에서 30분씩 단계별로 온도를 상승시켜 최종적으로 180 ℃에서

24시간 회화 처리하였다. 회화처리 후에는 상승된 압력과 열을 안정화시키기 위하여 실온에 1

시간 방치하였으며, 이후 안정화된 시료를 Falcon tube에 40 ml로 맞추어 ICP/MS(NexION

350D, Perkin Elmer, USA)로 성분을 분석하였다. 성분의 정량은 각 물질을 단계적으로 희석한

표준액을 이용한 검량선으로부터 구하였으며, 검출한계(Limit of detection, LOD) 값은 표준용

액 중 가장 낮은 농도인 0.1 ppb 용액을 7회 반복하여 분석한 값들의 표준편차를 3배 한 값

을 적용하였다.

Parameter Analytical Condition

Nebulizer Concentric Glass NebulizerSpray chamber Glass Cyclonic Spray Chamber RF Generator Power output: 500W - 1600W

Ar Flow ratePlasma gas: 18.0 L/min, Auxiliary gas: 1.2 L/min, Nebulizer gas:

0.96 L/min

Sampler cone Ni 1.0 ㎜Ski㎜er cone Ni 0.9 ㎜

Hyper-Skimmer Cone Al alloy 1.0 ㎜

VacuumInterface < 2 x 10-6 torr,

Quadrupole < 3 x 10-8 torrData acquisition Peak hopping, 1 Reading, 30 sweep, 3 replicate

Analysis massAg 107, Al 27, Pb 208, Fe 54, Cu 63, Mn 55, Cr 52, Co 59, Ni

60, Zn 66, Cd 111, Ti 47, Sn 118, Mg 24Measurement mode Quantification mode

Table 2-3. ICP-MS 분석조건

(3) 전자현미경 분석

전자현미경 분석을 위한 원액 전처리는 PC(Polycarbonate, pore size 0.4 ㎛, SKC Inc., USA)

필터와 TEM grid(200 mesh copper, EMS Inc., USA)를 이용하였다. 시료의 전처리는 2단계로

나누어 실시하였는데, 먼저 원액 분석을 위해 선정한 7개 제품에 대하여 50 ml Falcon 튜브에

약 40 ml를 채취하였으며, 유기용매를 휘발시키기 위해 24시간 이상 실험실 후드 내 실온상

태에서 보관하였다. 용매를 휘발시킨 후 시료를 30분 간 초음파 분산을 시켰으며 일정량(5 μ

l)를 취하여 각각 PC 필터와 TEM grid에 도포하였으며, 원액이 도포된 시료는 다시 24시간 이

상 실온에서 건조하였다.

시료의 분석은 FE-SEM(Model MERIN-Compact, Zeiss, Germany)을 이용하였다. 구성성분을

분석하기 위해서는 EDX(Model NORAN SYSTEM7, Thermo Scientific, USA)를 사용하였다. 2

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차 전처리로써 전자현미경 분석 전 원형 알루미늄(Al) 전자현미경 받침위에 카본테이프를 붙

여 시료를 안착시킨 후 180초 동안 백금(Pt) 코팅기(Pt coater, Model MSC-101, JEOL, JAPAN)

를 이용하여 실시하였다. 특성 중 입자모양을 분석하기 위하여 가속전압 2,000 V로 시료를 관

찰 하였다. 관찰배율은 10,000배, 20,000배, 50,000배, 150,000배로 나누어 분석하였다. 입화학

적 조성분석을 위하여 EDX 분석을 실시하였다. 이때는 더 많은 양의 전자를 EDX 상에서 검

출하기 위하여 가속전압을 15,000 V로 하였다(표 2-3).

Variables Conditions

Model MERIN-Compact, Zeiss

EDX NORAN SYSTEM7, Thermo Scientific

Acceleration Voltage 20 V to 30 kV

Resolution up to 0.06 nm

Probe current up to 300 nA

Magnification × 50 – 150,000

Table 2-4. FE-SEM의 분석 조건

나. 거동특성 시 고려해야 하는 변수들

(1) 본 연구의 핵심인 생활화학제품의 나노입자 거동 및 노출량을 측정하는데 고려할 변수

들이 많지만 이를 대별하면 다음 그림의 모식도에 나타난 것처럼 제품 특성변수, 사용특성변

수, 사용자 변수로 구분할 수 있다.

Fig 2-3. 생활화학제품의 흡입나노 물질의 노출 및 거동특성을 나타내는

모식도.

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그림 2-3은 생활화학제품 사용 시 발생하는 나노입자의 거동 및 노출 특성을 나타낸 모식

도 이다. 따라서 나노입자를 포함하거나 나노와 관련된 문구가 라벨 상에 기술되어 있는 제품

을 일정한 기준에 의해 선정하였고, 제품특성, 사용조건에 맞는 실험조건을 설정하여 공기 중

나노입자의 특성을 노출체임버와 클린룸에서 수행하였다. 보통 제품의 형태에 따라 분사되는

나노입자의 크기와 존재형태(주로 aerosol droplet 형태로 존재)가 달라지는데, 압축분사형 스

프레이인 경우 나노입자가 분사위치로부터 멀리 확산될 수 있으며, 수동분무형의 경우 상대적

으로 빠른 시간 내에 바닥으로 침착되어 노출농도가 작을 것으로 예상되었다. 또한 용매의 성

질(휘발성 유기용매와 수용액의 차이)에 따라 나노입자의 공기 중 머무름 시간과 농도도 달라

질 것으로 예상되어 이러한 점을 고려하여 실험을 진행하였다.

(2) 이러한 특성을 잘 반영하기 위하여 본 연구에서는 다양한 노출 체임버를 사용하였다.

즉, 공기 중 입자의 거동 규명을 위해 소형 체임버, 노출 체임버(exposure chamber), 클린룸에

서 3단계 평가를 수행하였다. 소형 체임버에서는 기본적인 사항, 즉 나노입자의 공기 중 분사

및 농도 등을 평가하였으며, 노출 체임버에서는 좀 더 정밀한 평가, 즉 배경농도의 제어 공기

의 흐름을 조절함으로써 발생속도, 발생량 등, 공기 중 형태분석 등을 고려하여 수행하였다.

클린룸에서는 실제 소비자의 사용형태를 모사하여 호흡기 위치(breathing zone)를 포함한 근

거리 장(near field. 분사위치로부터 1m 이내) 평가 및 원거리 장(far field, 분사위치로부터 1m

이상)을 평가하는 Two-box 모델을 적용하였다. 이와 더불어 근거리 장 내에서 자기 신체 또

는 신체 근접 부위에서 분사하는 제품(예; 섬유탈취제)을 사용하는 경우와 벽면분사와 같이

어떤 접촉면에 분사하는 제품(예; 코팅제)의 경우 등 사용특성에 따른 입자에 대한 노출을 평

가하였다.

(3) 분사된 나노입자의 거동 모니터링은 크게 두 가지 방법, 즉, 실시간 측정기기를 이용한

모니터링(on-line monitoring 또는 real-time monitoring) 방법과 나노입자의 성분, 형태, 크기

등 실시간 기기 측정 자료와의 상호보완을 위해 필터를 이용한 시간누적 시료채취

(Time-weighted or Off-line sampling) 방법을 적용하였다(표 2-4).

- 20 -

방법 주요 방법 고려사항

실시간 측정

(On-line 또는

Real-time

monitoring)

측정 단위

○ 나노입자 측정을 위한 단위 선정

○ 나노입자측정 단위간의 상관성

○ 나노입자측정을 위한 시판중인 측정기기의 최소한의 조합

측정

장소/형태

○ 제품의 사용방법, 나노물질의 예측되는 거리 및 방향에 맞는

지역시료, 또는 개인시료를 채취

○ 근거리장, 원거리장 고려하여 채취

○ 발생원으로부터 거리에 따른 나노입자의 특성변화

○ 신뢰성 있고 대표적인 측정 장소의 선택

측정

시간/빈도

○ 분사시간 및 분사 후 잔류시간 측정

○ 반복측정 횟수 (동일조건 3회)

○ 분사 전후 배경농도 파악

시간누적채취

(Off-line

sampling)

분석방법

○ 전자현미경을 이용한 나노입자의 특성 규명

○ 실시간 측정과의 상관성과 신뢰성

○ 성분분석

채취방법 ○ 기구, 여과지, 시간, 빈도, 장소, 유량 등의 선정

Table 2-5. 생활화학용품 중 흡입노출 가능 나노물질 모니터링 방법

다. 흡입노출(공기 중 거동) 평가 대상 제품의 선정

흡입노출평가에 사용될 생활화학제품은 크게 생활화학제품의 종류와 함유된 나노물질의 종

류를 고려하여 평가하였다. 환경부 관리대상 분류 제품군과 사용형태, 흡입노출 가능성에 따

른 노출 시나리오 작성이 필요한 제품군을 고려하여 흡입노출 실험이 필요한 제품군을 선정

하였다(표 2-5 참조).

대분류 소분류 사용형태노출 시나리오

필요여부적용가능 가이드라인

1. 세제류세정류

분말형 (가루형,

파우더형 포함)△

ASTM D4532-10, ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7,

NIST PCC-15스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

스프레이캔형

포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07, ISO/TR 27628,

DIN EN ISO 10808:2010, DIN

33899-1, DIN 33899-2,NIST PCC-7,

NIST PCC-15

섬유유연제 스프레이형 ○ ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

Table 2-5. 흡입노출 시나리오 작성 필요 제품과 적용가능 가이드라인

- 21 -

대분류 소분류 사용형태노출 시나리오

필요여부적용가능 가이드라인

(분무형,

에어로졸형,

스프레이캔형

포함)

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1,

DIN 33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

2.

코팅·접

착제류

코팅제

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

스프레이캔형

포함)

○

ASTM D4532-10,ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

방청제

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

스프레이캔형

포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

김서림방지

제

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

스프레이캔형

포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010,DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

접착제

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

스프레이캔형

포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1,

DIN 33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

3.

방향제류방향제

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

스프레이캔형

포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

자동분사형 ○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

- 22 -

대분류 소분류 사용형태노출 시나리오

필요여부적용가능 가이드라인

향초형 (비의도) ○

ASTM D4532-10, ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

훈증형 (비의도) ○

ASTM D4532-10, ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7,

NIST PCC-15

탈취제

분말형 (가루형,

파우더형 포함)△

D4532-10, ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15ASTM

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

압축분사형 포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

5.

살생물제

류

소독제

분말형 (가루형,

파우더형 포함)△

ASTM D4532-10, ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7,NIST PCC-15

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

압축분사형 포함)

○

ASTM D4532-10,ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

방충제

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

압축분사형 포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1, DIN

33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

방부제

스프레이형

(분무형,

에어로졸형,

압축분사형 포함)

○

ASTM D4532-10, ASTM D4336-054,

ASTM D6062-07,

ISO/TR 27628, DIN EN ISO

10808:2010, DIN 33899-1,

- 23 -

생활화학제품 선정은 표 2-5의 제품군 분류로부터 흡입노출이 가능한 압축분사형 스프레이

제품과 수동분무형 제품으로 구분하였으며, 제품 내 함우된 나노물질의 경우 우리나라 나노물

질의 유통량을 고려하였다. 유통량은 표 2-6과 같이 2008년 환경부에서 조사한 나노물질별 유

통현황(kg/년)을 참고하였다.

대분류 소분류 사용형태노출 시나리오

필요여부적용가능 가이드라인

DIN 33899-2, NIST PCC-7, NIST

PCC-15

나노물질명제조 수입 사용

제조량 (kg/년) 업체수 수입량 (kg/년) 업체수 사용량 (kg/년) 업체수

OECD

이산화티타늄 50,000,300 3 24,112 6 50,012,847 7

실리카 8,267,485 6 77 4 97 3

탄소나노튜브 2,560 5 20 1 10 1

은 1,111 5 2 2 314 2

금 0.5 1 1 1 3 1

나노점토 67,000 1 - -

산화아연 100 1 20,143 3 168,376 5

탄산칼슘 - 80,000 1 -

칼슘 2,000 1 - 39,675 1

산화이티륨 12,200 1 - 12,380 1

폴리에스테르 - 19,890 1 -

알루미나 3,050 2 2,950 4 104 3

카본블랙 - 5,500 1 -

산화비스무트 5,400 1 - -

니켈 - - 2,400 2

아세트아미노페논 - - 2,000 1

이산화세륨 1,560 1 1 1 -

ITO입자 1,200 1 - -

산화란타늄 1,100 1 - -

바륨타이타늄 - - 420 1

산화주석 220 1 0.03 1 -

아클레이트 - 100 1 100 1

실란 - 120 1 -

코엔자임 - 60 1 -

탄소 15.1 2 - 10 1

산화철 0.9 2 - 15.3 2

구리프탈로시안 - - 15 1

백금 10 1 - -

지코니아 - 3 1 -

구리 1 1 - -

산화코발트 - - 0.4 1

산화크롬 - - 0.2 1

Table 2-7. 우리나라 나노물질 유통량 현황 (2008년도 유통량조사자료)

- 24 -

(1) 제품 선정: 위와 같은 기준에 의하여 소형 체임버에서 나노입자 발생 가능여부를 파악

하기 위한 실험은 다음과 같이 23개 제품을 선정하였다. 이 중 함유된 나노물질과 분사

형태를 고려하여 임의의 5개 제품에 대해 예비실험을 통한 기초평가를 실시하였다.

- 나노물질 포함 압축분사형 스프레이: 10개 제품

- 나노물질 비포함 압축분사형 스프레이: 5개 제품

- 나노물질 포함 수동분무형 스프레이 : 5개 제품

- 나노물질 비포함 비스프레이 형 : 3개 제품

(2) 상세평가 제품 선정: 위 기본평가를 수행한 후 상세 평가를 위하여 위 제품 중 약

1/3-1/2 정도로 압축하여 나노물질이 제품 라벨 상 명시되어 있거나 나노관련 문구가 기

입되어 있는 제품을 선정하였다. 제품선정은 제품군의 분류, 기본평가에서 밝혀진 나노물

질의 특성을 고려하여 총 12개 제품을 선정하였다.

라. 사용조건 설정 : 제품 특성변수, 제품 사용변수 등

(1) 제품 특성 변수

(가) 분무 형태

분무 형태는 분사된 입자의 크기를 결정하는 중요한 변수로 크게는 유효성분, 용매와 더불

어 분출용 압축가스가 용기에 충진되는 압축분사형(propellent type)과 수동으로 잡아당기는

힘에 의해 공기 중으로 에어로졸을 분사하는 수동 분무형(trigger type)으로 구분된다(trigger

type은 국외 문헌에서 pump type로 불리기도 함). 압축분사형도 분사구가 용기에 직접 부착

되어 있는 일체형과 빨대를 이용하여 분사하는 방식인 노즐형으로 다시 구분된다

(Hargendorfer et al., 2010; Nazarenko et al., 2011; Quadros & Marr, 2011; Losert et al.,

2014).

압축분사형 스프레이는 유효성분이 압축가스(국내 제품은 대개 LPG가스를 압축가스로 사

용)와 함께 용기 내부에 충진되어 있으며 분사 노즐의 크기와 형태에 따라 입자상 물질의 크

기와 공기 중 이동 방향이 다를 것으로 예상된다. 국외 문헌에 의하면 압축분사 형태의 제품

이 나노입자에 대한 흡입 노출 가능성이 가장 큰 것으로 결과를 제시하고 있으며, 본 연구에

서도 압축분사형 제품의 나노입자가 공기 중에 오래 머무르게 될 것으로 예상되어 이에 대한

세부평가가 주로 이루어졌다.

수동분무형(상압형) 스프레이는 용기내부에 유효성분과 용매 등으로 이루어진 액체 상태로

이루어진 제품형태로써 내부압력은 상압인 형태이다. 분사구의 네뷸라이저(nebulizer)에 의해

미스트 형태로 분사되는 방식으로 주로 직경이 큰 입자가 분사되어 단시간 내에 바닥으로 침

전되는 것이 압축분사형 스프레이와는 다른 특성이다. 사용되는 용매가 휘발성일 경우 용매가

빨리 휘발되어 나노입자가 공기 중에 머무를 가능성이 있을 것으로 예상되어 압축분사형 스

기타 157 3 241,187 5 6,024 9

합계 58,365,471 40 367,168 35 50,244,792 44

- 25 -

프레이와 수동분무형 스프레이 제품을 평가하였다.

(나) 나노입자 종류에 따른 구분

나노입자는 크게 공학적 나노입자 (Engineered nano particles, ENP)와 비공학적 나노입자

(Non-engineered nanoparticles, Non-ENP)로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 나노입자가 함유

된 제품을 공학적 나노입자 함유제품과 비공학적 나노입자 함유제품으로 구분하여 평가하였

다. 공학적 나노입자 함유제품은 생활화학용품의 기능성을 향상시키기 위하여 인위적으로 나

노크기로 제조한 물질을 의도적으로 첨가한 제품으로 주로 살균, 탈취, 촉매의 효과를 줄 수

있는 은 나노(Silver nanoparticle, AgNP), 이산화티타늄(TiO2) 등의 금속입자가 주를 이루고 있

으나 다른 입자의 함유도 가능하다. 따라서 공학적 나노입자 함유제품도 다시 대별하면 금속

나노입자와 비금속나노입자 함유제품으로 구분할 수 있다. 비공학적 나노입자 함유제품은 생

활화학용품의 기능성을 주기 위하여 함유된 특정성분이 의도적으로 나노크기로 제조된 것이

아니고 원래의 분자 또는 화합물이 나노 단위의 작은 크기로 존재하는 것을 말한다. 또는 제

품 속에서는 나노 입자의 성질을 갖지 않지만 공기 중으로 분산되어 용매가 증발되면 나노크

기로 존재할 수 있는 제품을 비공학적 나노입자 함유제품이라 한다. 예를 들어, 코팅제 스프

레이에 포함되어 있는 폴리머(polymer)가 그 대표적이다. 나노입자의 관리에서 일차적으로는

공학적 나노입자가 주된 관리 및 연구대상이나 나노입자의 건강영향이 꼭 공학적 나노입자에

국한된 것이 아니므로 본 연구에서는 두 형태 모두의 특성을 파악하였다(그림 2-4 참조).

- 26 -

ENP 포함제품

Non-ENP 포함제품

Fig 2-4. 공학적 나노입자 포함제품과 비공학적 나노입자

포함제품의 전자현미경(TEM) 사진(본 연구진 자료).

(다) 용매의 차이에 의한 구분

생활화학제품 중 나노입자를 포함한 제품의 용매가 수용액인지 휘발성이 큰 유기용매인지

구분하는 것은 나노입자의 공기 중 특성과 흡입가능성을 평가할 때 중요한 변수가 된다. 수용

액 중심의 제품은 수용액이 상대적으로 비중이 크고, 휘발성이 적어 보다 큰 입자(미스트 형

태)를 형성하기 용이하므로 입자가 근거리에서 단시간에 침전되게 되며 유기용매 중심의 제품

은 비중이 작고 휘발성이 큰 유기용매를 사용하는 경우 공기 중으로 분사되어 용매가 증발된

다. 증발되고 남은 나노입자는 공기 중에서 거동이 개별입자의 단독 이동 또는 응집 현상이

일어나며, 장거리 이동 등의 거동은 수용액의 특성에 따라 판이하게 달라진다. 유기용제라 하

더라도 휘발성이 작은 글리콜 에테르류(코팅제)를 사용하는 경우는 또 입자의 공기 중 거동이

수용액 또는 휘발성 유기용제와도 다른 특성을 보인다.

(라) 나노물질 함유 표시 제품 및 비 표시 제품의 비교

생활화학제품 중에 나노기능을 광고하기 위하여 나노입자의 함유를 용기에 표시하는 제품

과 그렇지 않은 제품을 비교하는 것은 나노입자의 실제 흡입노출평가에서 매우 중요한 부분

으로 위 (나)항의 공학적 나노입자와 비공학적 나노입자의 구분과도 연관성이 있다. 즉, 제품

의 기능성을 향상시키기 위해 공학적 나노입자를 의도적으로 첨가하고 이를 표시하는 제품이

- 27 -

있을 수 있고, 나노물질을 고려하지 않고 활성성분을 첨가했는데 그것이 나노크기로 발생하는

경우도 존재한다. 다른 측면으로 나노물질의 포함여부를 의도적으로 표시하지 않았거나 또는

표시했더라도 실제 나노입자가 없는 경우도 있다. 따라서 표시된 제품과 그렇지 않은 제품의

원래 함유형태와 이것이 공기 중으로 분사되었을 때 공기 중 나노입자로 존재하는지 판별하

는 것은 제품관리 측면에서 매우 중요하다.

(2) 제품 사용특성 변수

선정된 제품의 공기 중 노출 및 거동특성을 파악하기 위하여 조사된 제품의 사용조건을 고

려하여 실험하는데 필요한 변수들로 예를 들어 1회 사용량, 단위시간(1회, 1일, 1주)당 사용시

간, 분사방향 등을 고려하여 평가하였다.

(가) 제품 사용량

각 제품을 실제 소비자가 사용한 양만큼 공기 중에 분사하여 실험하는 것은 실제 소비자의

노출을 정확히 파악하는데 있어 꼭 필요한 부분이다. 본 연구에서는 기존의 국내 연구와 국외

연구에서 조사된 사용량을 근거로 하여 제품 사용량을 정하고 이를 공기 중에 분사하여 실험

에 임하였다. 소비자의 실제 사용량을 모두 조사하여 이를 실험에 반영하려면 기간과 예산의

제한 상 공기 중 거동특성 평가를 제대로 할 수 없기 때문에 본 연구진은 본 연구과제가 제

품의 사용실태 조사(이는 이미 많이 되어 있음)보다 생활화학용품 중 나노입자의 포함여부와

이를 사용할 때 흡입가능성 그리고 공기 중 나노입자의 거동 및 노출량 파악에 더 초점을 두

고 연구를 진행하였다. 따라서 본 연구에서 고려하는 노출량은 기존의 다음 연구에서 나타난

결과와 국외문헌을 참조하였다.

(나) 분사부위

공기 중 나노입자의 거동에는 나노제품의 특성, 분사방법과 아울러 분사 방향과 분사부위

도 중요한 영향을 미친다. 분사부위는 대별하면 공중분사, 벽면분사, 물체 표면 분사, 자기 신

체로 분사, 바닥분사로 구분할 수 있는데, 이를 다시 세분하면 공중분사도 상방향 분사, 수평

분사, 하향분사 등으로 세분할 수 있고, 물체표면으로의 분사도 차량, 의류, 소파, 가구 등 어

떤 목적물의 표면에 분사하는지에 따라 그 종류가 다양하다. 신체 분사도 주로 머리 부분에

분사하는 방법과 몸 부위에 분사하는 것으로 세분할 수 있고, 이에 따라 공기 중 나노입자의

거동과 또 개인 흡입노출량에 차이가 있다. 본 연구에서는 분사부위를 모든 세부항목별로 구

분하는 것보다는 크게 공중분사, 물체 표면분사, 자기 신체부위 분사, 바닥분사(공중분사 과정

에서 바닥으로 떨어지는 입자, 이는 노출이 적을 것으로 예상)로 대별하여 진행하고 있고, 사

용제품의 특성을 고려하여 각 해당제품의 사용방법에 따라 세부 분류하였다.

공중분사는 주로 공기 중에 어떤 오염물질 제거 또는 어떤 기능성을 갖게 할 목적으로 분

사하는 것이기 때문에 공기 중 머무름 시간을 지속시키기 위하여 휘발성 성분이 많고, 나노입

자가 존재할 경우 그 크기가 작을 것이다. 그러나 자기 신체로 분사하는 것보다 개인 노출량

은 작을 것으로 예상된다. 벽면 및 차량표면, 소파, 가구 등 특정 목적물에 분사를 하는 것은

해당 목적물의 보존이나 기능성(광택, 보존성 등)을 향상시키기 위한 것으로 생활화학제품 중

- 28 -

휘발성 성분은 공기 중으로 휘발되고 유효성분이 해당 표면에 부착 되도록 하기 위한 것이다.

따라서 해당성분이 나노입자인 경우 나노입자의 흡입노출이 가능하다. 예를 들어 벽면 코팅제

로 광촉매인 이산화티타늄을 사용하는 경우 이산화티타늄의 나노입자가 공기 중에 머무를 수

있다. 특히 입자가 작을수록, 분사량이 많을수록, 용매가 휘발성일수록 공기 중 농도는 증가하

게 된다. 목적물 표면에 코팅제를 분사하는 경우 코팅제는 주로 폴리머일 가능성이 높은데 이

런 경우 의도적으로 나노입자를 제조하여 넣었다기보다 코팅제인 폴리머 성분 자체가 공기

중에서 나노입자로 존재할 수 있다. 따라서 이러한 입자들은 분사 시 물체의 표면에 일차적으

로 도포되어 코팅이 되나 공기 중에서 존재할 경우 나노입자 형태로 되어 있어 흡입이 가능

하다.

자기 신체 분사의 경우는 주로 탈취제 및 일부 섬유유연제 제품이 될 수 있다. 자기 신체

분사 제품은 몸에 직접 분사한다는 점에서 호흡위치에 가까워 단시간 동안 고농도 노출이 가

능할 수 있으나 한편으로는 머리부위에 뿌리지 않고 몸 부위에 뿌리고 의복 등에 빨리 흡착

된다면 노출이 들어들 수 있는 양 측면을 고려하여야 한다. 국외 문헌에서는 자기 신체 부위

의 분사형태를 고농도 노출이 가장 높은 제품이라고 고려하고 있으며, 본 연구에서는 근거리

장과 원거리 장으로 구분하여 평가하였다(Tielmans et al., 2008; Schneider et al., 2011; Losert

et al., 2014; Nazarenko et al., 2015). 바닥분사는 강한 압축가스로 분사하지 않는 이상 공기

중으로 되튐으로써 호흡위치에 도달하기는 어렵다고 판단된다. 그러나 강한 압축가스로 미세

한 에어로졸을 분사하는 경우는 미세한 에어로졸이 공기의 흐름을 따라 바닥에 도달하지 않

고, 공기 중으로 비산 가능할 것으로 예상되나 그 양은 매우 미미할 것으로 간주된다.

분사 이외의 자연발생방향제, 전기를 이용한 휘발식, 붓 칠이나 페인트 칠, 왁스칠을 하는

것은 휘발성 성분의 노출은 가능하나 나노입자의 노출은 스프레이 제품에 비해 현저히 작을

것으로 예상된다.

마. 공기 중 나노물질의 거동 평가

스프레이제품으로부터 공기 중으로 분사된 나노물질을 평가하기 위해 본 연구에서는 3단계

의 실험 방법을 수행하였다. 즉, 소형 체임버를 이용한 예비실험, 공기제어가 가능하여 공기

중 나노물질의 거동평가가 가능한 노출 체임버 및 실제 사용자의 제품 사용특성을 반영하여

실제 사용 상황을 가정한 노출 평가가 가능한 클린룸 실험으로 나눌 수 있다. 각 실험단계별

개요는 다음과 같다.

(1) 나노 입자 모니터링

(가) 개요

나노입자의 모니터링을 대분류하면 실시간 측정 장비를 이용하는 실시간 모니터링과 실험

실에서 분석하기 위한 시간누적 시료채취 모니터링으로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 두 방

법을 병행하여 공기 중 입자의 거동을 평가하였다. 기존 국외 문헌에 의하면 Thermodesorber

를 이용함으로써 스프레이 제품 내 함유된 수분과 용매에 의한 영향을 확인하였다(그림 2-5).

- 29 -

따라서 본 연구에서도 수분 및 용매가 측정농도에 영향을 주는 것을 방지하기 위해 공기 도

입부분에 Thermodesorber를 부착하여 방해물질에 의한 간섭을 최소화 하였다.

Fig. 2-5. Thermodesorber에 의한 수분 및 용매 제거

(Hagendorfer et al., 2010).

- 30 -

(나) Thermodesorber에 의한 입자 수 농도 변화

노출 체임버 내에서 수분과 용매로 인한 SMPS((Scanning Mobility Particle Sizer) 측정치의

간섭현상을 좀 더 정밀하게 평가하였다. 즉, SMPS 3대를 이용하여 한 대는 Thermodesorber

장치 없이, 다른 한 대는 가열관과 흡착관이 연결된 Thermodesorber를, 마지막 한 대는 가열

관 및 흡착관 유닛에 실리카겔관을 추가 연결하여 한 층 더 수분이 제거되도록 장치하였다(그

림 2-6).

Fig. 2-6. 제품 분사 시 수분 및 용매

제거율 비교를 위한 실험장

치(SMPS-1:가열관+흡착관+실

리카겔관, SMPS-2: 가열관+흡

착관, SMPS-3: 미장착).

(다) Thermodesorber에 의한 용매 제거율

앞선 실험은 가열관과 흡착관에 장착여부에 따른 입자 수 농도 변화(수분+용매 제거)를 나타

낸 것이며, 본 실험에서는 가열관과 흡착관에 의해 제품에 함유된 용매 제거율을 정량하기 위

한 목적으로 수행되었다. 그림 2-7과 같이 SMPS 3대를 이용하여 한 대는 장치 없이, 다른 한

대는 가열관과 흡착관이 연결된 Thermodesorber를, 마지막 한 대는 가열관 및 흡착관, 실리카

겔관이 직렬로 연결된 Thermodesorber를 장착하고, 각 기기의 최종 흡입구(inlet) 부분에 활성

탄관(CSC 226-01, Front/back: 100/50 mg, SKC Inc., USA)을 연결하여 측정하였다. 제거율을

비교하기 위한 기준 농도는 아무 장치를 하지 않은 SMPS에 연결된 활상탄관의 분석결과를

100%로 하여 Thermodesorber를 장착한 기기에서 측정한 값과 비교하였다. 대상 제품은

Ethanol 용매를 기반으로 하는 압축분사형인 제품 1종과 Ethanol 및 Propylene glycol

monomethyl ether(PGME)를 용매로 사용한 수동분무형 제품 1종 선정하여 각 제품 당 3회 반

복실험을 수행하였다.

- 31 -

Fig. 2-7. 용매 제거율 실험을 위한 시료 채취 모식도.

용매 분석을 위해 검정곡선용 표준용액으로 Ethanol(SAMCHUN ≥ 99.9%, Korea)과

PGME(Sigma Ardrich, 99.9%, USA)를 사용하였다. 활성탄 시료에 흡착제의 앞, 뒤 층을 각각 2

㎖에 옮겨 담은 후 이황화탄소(CS2 ,99%, Japan) 1 ㎖를 첨가하여 상온에서 30분 동안 추출하

였다. 전처리가 완료된 시료는 Auto sampler (7683B Series Injector, Agilent Technologies,

USA)가 장착된 가스크로마토그래피/불꽃이온화검출기(GC/FID, Model HP 6890N, Agilent

Technologies, USA)를 이용하여 분석하였으며 성분 별 분석조건은 표 2-7에 나타내었다.

Ethanol PGME

ColumnHP-INNOWAX (Agilent, USA)

60 m x 0.32 ㎜ x 0.5 ㎛,

EquityTM-1 (Supelco, USA)

30 m x 0.25 ㎜ x 1 ㎛,

Column Temp. 40 ℃(5 min) → 10 ℃/min, 190 ℃ 40 ℃(3 min) → 10 ℃/min, 220 ℃

Injector Temp. 210 ℃ 270 ℃

Detector Temp. 220 ℃ 280 ℃

Flow rate 1.5 ㎖/min(He) 1 ㎖/min(He)

Injection volume 1 ㎕ 1 ㎕

Split ratio 50 : 1 50 : 1

Table 2-8. 성분 별 GC/FID 분석조건

(2) 모니터링 기기 및 기구

나노물질을 측정하기 위한 단위는 기존의 중량농도 뿐 아니라 입자 크기별 수 농도, 질량

농도, 표면적 농도가 사용된다. 나노크기의 작은 입자는 큰 입자와는 다른 특성을 가지는데,

측정 단위 간의 관계는 그림 2-8과 같다.

- 32 -

Fig. 2-8. 나노입자의 질량농도, 수농도, 표면적 농도의 관계.

본 실험에서는 각 체임버에서 실험대상 제품을 분사하기 전 실시간 측정 장비와 시간누적

채취 기구를 설치한 후 내부 공기의 안정화 과정을 거친 (배경농도, 온습도, 유속을 일정하게

함) 배경농도의 측정, 분사 중 측정, 분사 후 소멸시간 측정, 후 배경농도 측정 등의 과정으로

실시하였다. 실험 과정 중 실시간 측정기기는 연속으로 가동하여 각 시간을 체크하여 기록하

고, 시간누적채취 기구는 각 시간대와 분석 양을 고려하여 적절한 시간을 배분해 측정하였다.

측정에 사용하는 모든 장비는 시료채취 전·후에 보정을 실시하였다.

본 연구에서 사용한 실시간 측정 기기와 주요 분석기기의 개요 및 특성은 표 2-8과 같다.

측정기기를 이용해 나노 입자 크기 분포와 입자수를 실시간으로 측정하여 자료를 저장할 수

있으며, ICP-MS와 전자현미경은 나노입자의 성분, 나노입자의 형태 파악, 실제 크기측정, 종

류 분석에 사용되었다.

제품명 측정 사이즈, 농도표시, 범위 측정원리 비 고

Nanoparticle Aerosol monitor

(TSI 9000)

l 10 – 1,000 ㎚l 흉곽성(TPM),

호흡성 분진(RPM) 분리l 표시: ㎛2/ccl Resolution, 0.1 ㎛2/ccl Range TPM: 1 - 2500 ㎛2/cc RPM: 1 – 1,0000 ㎛2/ccl 매 측정 시 기기보정

l 1,000 ㎚ cut point 분립장치

l Diffusion charger plus Electrometer

l 실시간 모니터링

P-Trak Ultrafine

Particle CounterTSI Model 8525

l 미세먼지의 수농도(개/cc)l 20 - 1,000 ㎚l Range: 0 – 5 × 105 (개/cc)l 매 측정 시 기기보정

l particles per cubic centimeter (pt/cc)로 입자농도 측정

l 입자의 크기를 이소프로필알코올로 증가시켜 빛 산란

l 실시간 모니터링

Table 2-9. 본 연구에 사용할 장비 제품명, 특성 및 원리

- 33 -

다양한 실시간 기기를 사용한 이유는 각 기기마다 측정원리와 측정크기의 범위가 다르므로

기기 간 비교를 하기 위함이다. 본 연구진이 보유하고 있는 다양한 장비의 측정 범위는 그림

2-9와 같으며, 나노 크기의 입자뿐만 아니라 입자의 응집 현상으로 인해 발생할 수 있는 큰

입자 크기도 동시에 측정가능하다.

제품명 측정 사이즈, 농도표시, 범위 측정원리 비 고

SMPS(Scanning

Mobility Particle Sizer) Model

Nanoscan 3910(TSI Inc.)

l 미세먼지의 수농도(개/㏄)l 10 - 420 ㎚l 매 측정 시 기기보정

l DMA (Differential Mobility Analyzer)를 이용하여 Mobility의 차이를 이용하여 입자의 크기에 따라 13개의 구간으로 나누어 측정

l 실시간 모니터링

DustTrak Model 8533

(TSI Inc.)

l 중량 농도l PM1.0, PM2.5, PM10,

Respirable mass 측정가능l 필터로 포집하여 추후

보정가능

l 광산란방식을 이용하여 입자의 크기를 측정하여 중량 농도를 측정

l 실시간 모니터링

Optical Particle Sizer Model

3330(TSI Inc.)

l 300 - 10,000 ㎚ 사이에 입자들의 수농도를 측정

l 총 16개 채널을 사용할 수 있음

l 광산란 방식을 이용하여 입자의 개수 측정 가능

FE-SEM(Field Emission-

Scanning Electron

Microscope)(ZEISS Inc.)

l 나노사이즈 현미경분석l 가속전압: 0.5 - 2.9 kV (10

V step), 2.9 - 30 kV (100 V step)

l 분해능: 5.0 ㎚ (at 1 kV)l 배율: × 10 - 500,000l 화학성분, 광학특성,

소자특성 분석가능l EDS (Oxford, Energy

Dispersive X - ray Spectrometer)

l 전자 빔을 주사하여 표면 2차 전자 이미징

ICP-MSModel NexION

350(Perkin Elmer

Inc.)

l 수 ppb 또는 수 ppt까지의 미량원소분석

l 공기 중 나노입자, 특히 금속 나노입자를 미량성분까지 분석할 수 있는 장비로 극히 저농도까지 측정가능하여 기존의 ICP-AES보다 적합함

기타 측정 장비(펌프, 유량 보정계, 유속 측정계 등)

- 34 -

Fig. 2-9. 나노물질 평가에 사용된 장비의 입자 크기별 측정범위 모식도.

시간누적시료 채취기구로는 전자현미경 분석을 위해서 공기 중 입자를 포집하는 PC 필터

와 TEM grid를 직접 장착할 수 있는 개인시료 채취장비도 사용하였다. ICP-MS 분석을 위해서

는 MCE 여과지를, 중량분석을 위해서는 PVC 여과지를 사용하였다. 전자현미경용 필터의 경

우 본 연구진의 과거 연구결과에 따라 입자의 크기, 형상, 응집여부 등을 관찰하기 위해서는

PC 필터 , PVC 필터, MCE 필터, 표면이 매끄러운 PC 필터가 가장 적합한 것으로 판단되어

PC 필터를 이용하였으며, 추가적으로 PC 필터와 더불어 TEM grid를 이용하여 공기 중 나노

입자의 크기, 형상, 구성성분, 응집여부 등을 확인하는데 사용되었다. 전자현미경은 형태뿐 아

니라 경우에 따라 정량도 가능하지만 미량일 때는 ICP-MS가 더 정확하므로 본 연구에서는 나

노입자의 성분 확인을 위해 전자현미경과 ICP-MS를 동시 사용하였다.

Fig. 2-10. TEM grid(상)와 측정 기구(하).

본 조사는 노출 체임버와 클린룸 등 환경이 제어된 조건 하에서 수행한 실험이므로 배경

입자의 간섭을 최소화하는 것이 필요하다. 이를 위하여 노출 체임버 각 공기 흡입구에 헤파필

- 35 -

터를 장착하였으며, 헤파 필터를 장착하여도 배경 입자를 100% 제거하는 것은 어려우나 (각

종 장비, 불가피한 누출) 이를 최소화하였다. 예를 들어, 클린룸에서 제품을 분사하고 측정자

가 출입할 경우 측정자의 몸에서 많은 미세 입자가 발생할 수 있다. 본 연구진은 반도체 클린

룸에서 사용하는 방진복을 구비하고 있으므로 이를 착용하고 들어가 분진 발생을 최소화하였

다. 그렇더라도 배경농도를 파악하는 것은 중요하기 때문에 제품 실험 전, 실험 후 충분한 시

간이 지난 후 농도를 모니터링하고 그 자료를 분석하였다. 예를 들어 전자현미경을 이용한 성

분분석과 입자의 형태분석을 통하여 제품에서 나온 나노입자와 기타 입자를 구분하는 것이

필요하다.

공기 중 나노입자의 크기를 실시간으로 측정하는 기기로 SMPS가 있으나 이는 여러 개의

크기채널을 일정시간(1분 간격) 측정하기 때문에 스프레이제품과 같이 분사된 후 입자의 농도

가 급격히 감소 될 경우 자료 해석이 어려울 수 있다. 이를 방지하기 위해 측정하고자 하는

크기를 먼저 측정할 수 있는 기기의 옵션(Shifting the starting time)을 이용하였다.

(3) 단계별 모니터링 방법

(가) 소형 체임버

아크릴로 제작된 일정한 크기의 박스 형태(1 m x 1 m x 1 m)로 구성된 정육면체 형이며

나노물질의 기본적 공기 중 특성을 파악할 수 있는 장치이다. 공기는 헤파(High efficiency

particlulate air, HEPA)필터를 통하여 체임버 하단부의 여러 구멍에서만 공급되며 시료 채취로

인해 빠져나간 공기만큼 공급되도록 구성되어 있다. 각종 나노물질 실시간 측정 및 성분 분석

을 위한 시간누적 채취를 할 수 있는 장비이며, 온습도 조건은 모니터링 할 수 있으나 제어하

기는 어렵다. 다만 무정전 처리가 되지 않은 아크릴 재질의 특성상 정전기가 발생할 수 있어

소형 체임버 내부에서의 나노물질 정확한 정량 평가는 어려운 단점이 있어 본 예비실험에서

의 소형체임버 용도는 스프레이 제품 분사 시 실제 나노입자가 발생하는지 여부와 시간에 따

른 감소현상 파악 및 물질의 성분을 정성하는 것을 목적으로 사용되었다. 본 연구에서는 소형

체임버를 이용하여 노출 체임버와 클린룸 실험에 앞서 실험대상 제품으로 선정된 23개 제품

중 함유된 나노물질과 분사방식이 유사한 대표적인 제품, 즉, 5개 나노물질 함유제품에 대하

여 예비실험을 진행하였다(표 2-9). 예비실험 방법은 실시간 측정과 시간누적채취방식을 병행

하였으며, 입자의 크기분포와 수 농도, 전자현미경을 이용한 입자 크기, 형상 및 성분분석을

병행하였다.

- 36 -

순번 제품명 성분(라벨 상) 분사형태 대분류 소분류

1 Pre-A AgNP 압축분사형 방향제류 탈취제

2 Pre-B TiO2, AgNP 수동분무형 방향제류 탈취제

3 Pre-C Fluoropolymer 압축분사형 코팅접착제류 코팅제

4 Pre-D Nanobinder 수동분무형 복수용도 코팅제 탈취제

5 Pre-E “나노기술”표기 압축분사형 방향제류 탈취제

Table 2-10. 예비실험에 사용된 제품 정보

Fig 2-11. 나노입자 평가를 위한 소형체임버(좌) 및 예비실험(우).

(나) 노출 체임버

기존 연구결과에 의하면 배경입자를 제어하는데에 글로브 박스(Glove box)를 사용하는 것

이 실험결과를 재현성 있게 얻을 수 있다고 보고하였지만(Hagendorfer et al, 2010), 본 연구에

서는 글로브 박스와 기능이 거의 유사한 노출 체임버를 별도 제작하여 실험 결과의 재현성을

확보하고자 하였다. 노출체임버는 본체(1.0 m(W) × 2.0 m(L) × 1.0 m(H)), 배기 덕트(0.5

m(W) × 1.0 m(L) × 0.5 m(H)), 헤파필터(입자 제거효율 99.93% 이상), 송풍기(마력 7.5 HP)로

구성되어 있으며 체임버 내부 유속을 1 m/sec 까지 조절이 가능하다.

노출 체임버는 구성상 내부공간이 완전히 밀폐되어 있으며 헤파필터를 통해 공기가 유입,

유출되므로 내부에 다른 입자상 물질의 방해 작용을 최소화 할 수 있는 장점이 있고, 체임버

내부에 입자의 축적을 방지하기 위해 배기 덕트를 마련함으로써 내부 입자를 신속하게 제거

할 수 있는 장점이 있다. 또한 무정전 재질로 제작되어 정전기로 인한 방해를 최소화 할 수

있으며, 후단에 송풍기를 장착하여 일정한 공기 교환 및 공기 유속을 줄 수 있어 소형 체임버

에 비해 좀 더 정확한 자료를 얻을 수 있다. 노출 체임버는 주로 외부공기 제어와 일정한 유

속 제어 및 습도 조절을 통해 스프레이 제품으로부터 분사된 나노입자의 응집현상을 파악하

는데 사용되었다.

- 37 -

Fig. 2-12. 본 실험에서 사용된 노출 체임버.

(다) 클린룸 (실제 사용특성 반영)

클린룸은 스프레이 제품의 실제 사용 상황을 가정하여 공기 중 입자상 물질의 거동을 평가

하기 위한 용도로 사용하였다. 공기는 천장의 헤파필터를 통해 정화되어 클린룸 내부로 유입

되며, 클린룸 내부 입자의 농도는 1,000 class(1,000 개/ft3 이하) 상태로 유지된다. 벽면을 통해

내부 공기가 다시 배출되는 공기는 일부는 외부로 배출되고 나머지는 다시 천정의 헤파필터

를 통해 재 유입되며, 팬(fan) 가동 유무에 따라 온도와 습도를 제어할 수 있도록 되어 있다.

출입자는 클린룸 전용 방진복을 착용하고 Air showering 장비를 통과하여 출입하므로 실험자

에 의해 유입되는 외부 먼지를 최소화할 수 있다. 본 연구에 사용할 클린룸은 40.32 m3(7.0

m(W) × 2.4 m(L) × 2.4 m(H))의 크기로 내부 천장에 헤파 필터가 부착 된 3개의 공기 유입

구와 벽면에 2개의 공기 흡입구가 있으며 클린룸 내부의 풍량은 zero, low, mid, high 등 네

단계 레벨로 조절이 가능하다(그림 2-13). 클린룸 팬 가동 시 내부에 잔류하는 공기 중 입자

는 모두 헤파 필터에 의해 제거되며, 가동공기의 흐름은 일정하게 유지된다.

- 38 -

(1) 클린룸 출입구 (2) 에어샤워 장치

(3) 클린룸 내부 (모의실험) (4) 클린룸 내부천장 (공기유입구)

Fig. 2-13. 나노입자 평가에 사용된 클린룸 사진 (내부 공기의 흐

름, 온습도 조절 가능).

그림 2-14는 실제 클린룸 실험의 모식도를 나타낸 것이다. 클린룸에서의 실험은 나노물질

을 함유한 스프레이 제품을 공기 중에 일정량을 분사시켜 1 m, 2 m, 3 m에서 실시간 측정과

시간누적 채취방법을 적용하였다.

실시간 측정에 사용된 측정기기는 SMPS(Scanning Mobility Particle Sizer, Model 3910, TSI

Inc.), OPS(Optical Particle Sizer, Model 3330, TSI Inc.), Surface area monitor(Aerotrak-9000,

TSI Inc.), Aerosol monitor(Dusttrak, Model 8530, TSI Inc.), CPC(Condensation particle Counter,

P-trak, Model 8528, TSI Inc.)를 이용하여 입자 크기별 분포, 수 농도, 표면적 농도, 중량 농도

를 측정하였다. 시간누적채취는 공기 중 입자의 중량농도, 중금석 분석, 전자현미경 분석을 위

해 시료채취용 펌프와 각 용도에 맞는 필터를 이용하였다. 시료채취용 펌프는 고유량 펌프를

약 2.0 L/min 유량으로 설정하였으며, 중량분석에는 PVC(Polyvinyl Chloride: PVC - pore size

0.4 ㎛, SKC Inc., USA)필터를, 중금속 성분 분석에는 MCE(Mixed Cellulose Ester Membranes,

MCE, pore size 0.8 ㎛, SKC Inc., USA)필터를, 전자현미경 분석을 위해서 PC 필터를 이용하여

공기 중 입자를 채취하였다.

PVC 필터는 채취 전·후 무게를 0.001 mg까지 칭량할 수 있는 전자저울(XP6

Microbalance, METTLER TOLEDO, USA)을 항온항습실(20 ℃, 50% RH)에서 칭량한 후 채취유

량으로 보정하여 중량농도를 산정하였다. 중금속 성분 분석을 위한 MCE 필터는 전처리 과정

- 39 -

을 거쳐 방해물질을 제거하였으며, ICP-MS(Model NexION 350, PerkinElmer, USA)로 정성 및

정량분석 하였다. PC필터는 Open-face로 필터 전체 면에 입자가 고르게 포집되도록 측정하였

으며, 필터의 일부를 잘라내어 FE-SEM을 이용하여 입자의 크기 및 형태, 구성 성분을 확인하

였다.

Fig. 2-14. 클린룸 내 실험개요 및 위치별 측정항목.

클린룸 내에서 거리별로 입자를 측정한 이유는 공기 중 나노입자에 대해 호흡기 영역

(breathing zone: 호흡기를 중심으로 직경 30-60 cm인 반구)과 비 호흡기 영역에서의 농도를

평가하기 위함이다. 소형 체임버와 노출 체임버에서 근거리 장(near filed)과 원거리 장(far

field)로 구분하여 평가하는 것이 어려운 단점이 있어 Two box 모델을 적용하기 위해서는 클

린룸 실험이 매우 적합하다고 할 수 있다(Two Box 모델: 클린룸에서 호흡위치(breathing

zone)과 far field(분사위치를 기준으로 부피 2 ㎥ 이외의 지역)에서 동시 측정). 그림 2-15는

나노입자의 흡입노출 평가를 위한 Two-box 모델의 개념도를 나타낸 것이다.

- 40 -

Fig. 2-15. 생활화학제품 중 나노 흡입노출평가를 위한

클린룸의 모식도와 근거리 장 및 원거리 장 측정개념도.

공기 중으로 분사된 입자의 측정은 우선 분사 전 클린룸 내에 환기장치를 가동한 후 헤파

필터를 통해 내부 공기를 최대한 0에 가까워질 때가지 배경농도를 낮추었다. 배경농도가 0에

가까워지면 환기시설 가동을 정지한 후 1시간 동안 배경농도를 측정하였다. 약 1시간이 경과

한 후에 스프레이 제품을 2초 간격으로 총 4회 분사하였으며, 마지막 분사 후 2시간 30분 동

안 분사 후 측정을 실시하였다. 이 때 제품이 분사된 양과 측정된 농도 비교를 위해 분사

전·후로 각각 제품의 무게를 측정하였다. 본 실험으로부터 스프레이제품으로부터 분사된 입

자상 물질의 거리별 거동특성, 분사 후 잔류시간 등을 평가하였다. 클린룸 실험에 사용된 대

상 제품 정보는 표 2-10과 같으며, 함유 나노물질과 제품군, 분사형태를 고려하여 압축분사형

제품 8종과 수동분무형 제품 4종을 선정하였다.

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No ProductProduct

type

Spray

typeNanomaterial Labelling component Volume

1 A 탈취제 Propellant Ag 살균제/계면활성제 280

2 B 탈취제 Propellant Ag 소취제/향 420

3 C 코팅제 Propellant Fluoropolymer부틸아세테이트/2-프로판올

500

4 D 탈취제 Propellant Ag 광촉매 330

5 E 탈취제 Propellant Ag탈취제/에탄올/천연항균오일

330

6 F 코팅제 PropellantNo labelling

(나노기술표기)소취제/향 250

7 G 방향제 Propellant Ag

Fragnance oil/

Denat alcohol/

Natural lasting oil/

Essence oil

280

8 H 코팅제 PropellantNo labelling

(나노기술표기)

미네랄 오일/

산화방지제/파라핀/

나프텐하이드로카본/

나노프로텍포뮬라/

탄화수소 압축가스

210

9 I 탈취제 Trigger TiO2 - 250

10 J 세정제 Trigger SiO음이온계면활성제

/에탄올/향료500

11 K 방향제 Trigger Ag식물성소취제/

증류수/천연향료1000

12 L 코팅제 TriggerNo labelling

(나노기술표기)- 250

Table 2-11. 클린룸 내 공기 중 거동 평가대상 제품 정보

(라) 흡입량(Inhalation dose) 및 침착량(Deposited dose) 산출

흡입노출량은 환경부에서 제시하는 노출계수를 고려하여 하루 사용량을 산정하여 호흡기로

흡입되는 양을 산정하였다. SMPS와 OPS로 측정한 입자의 수 농도와 입자의 밀도를 고려하여

10–10,000 nm(0.01-10 μm) 범위의 측정데이터를 이용하여 측정기기의 채널별 흡입 노출된 입

자의 수와 중량, 표면적 농도 양을 산정하였다. SMPS와 OPS의 측정가능 입자 크기 범위는 각

각 10-420 nm와 300 –10,000 nm로 서로 다른 범위의 입자를 측정하므로 측정기기 제조사에

서 제공한 MIM(Multi-Instrument Manager) software ver. 2.0을 이용하여 기기 간 측정 범위를

병합하였다. MIM 프로그램을 이용한 10-10,000 nm 범위의 입자 수 농도 산정 예는 그림 2-16

과 같다.

- 42 -

Fig. 2-16. MIM을 이용한 SMPS 및 OPS 자료의 병합(좌) 및 병합된 입자 수 농도의 분

포(우).

위와 같이 MIM 소프트웨어로부터 산정된 입자 수 농도와 중량농도, 표면적 농도를 이용하여

흡입량을 산정하였다. 흡입량 산정에 고려되는 변수는 아래의 식과 같이 나노입자의 분율, 흡

입된 입자의 농도, 호흡량, 제품 분사 후 노출시간 및 체중이 사용되는데, 호흡량과 제품 사용

으로 인한 노출시간, 체중은 환경부 노출계수를 적용하였다.

ID = fnano · Cinh · Qinh · Tcontact/Bw

- fnano : 나노입자의 분율 (1로 가정)

- Cinh : 흡입된 입자의 수, 중량, 표면적 농도

- Qinh : 성인의 분 당 호흡량 (9.9 L/min)

- Tcontact : 스프레이 제품에 대한 노출시간 (min), 우리나라 노출계수 이용

- Bw : 성인 남녀 전체의 평균 체중(64.2 kg)

나노입자의 분율은 모든 측정입자가 나노크기임을 가정하였고, 호흡량은 성인 전체의 일일

호흡량 14.3 m3/day를 환산하여 9.9 L/min을 적용하였으며, 노출시간은 제품군 및 사용형태별

로 각각 달라 제품 별로 달리 적용하였다. 체중은 남녀 구분 없이 성인 전체의 평균 체중인

64.2 kg을 적용하였다. 노출 농도는 실제 제품의 사용시간과 해당 공간에 머무는 시간을 고려

하여 시간가중평균농도를 적용하였다. 즉, 제품 사용 중 최고 농도에 대한 노출 시간을 5분으

로 하여 흡입량(ID1)을 산정하였고, 이후 잔류시간동안 노출 가능한 흡입량을 제품 사용형태에

따른 머무름 시간을 적용하여 흡입량(ID2)을 산정하였다. 따라서 총 흡입량(ID1+ID2, IDTotal)을

아래 수식에 적용하여 각 호흡기 부위별 침착된 양을 산정하였다.

∙

- 43 -

DFi (dp)는 SMPS와 OPS의 측정 입자 크기별 침착률을 나타낸 것이며, 앞서 산정한 흡입량을

적용하여 침착량을 산정할 수 있다. 산정된 흡입량과 침착량은 연구진에서 실험에 사용한 제

품의 양에 대한 값으로써, 실험에 사용된 양과 실제 노출계수(사용횟수, 사용시간, 사용량)로

부터 제시하는 하루 사용량을 보정하여 나타내었다.

4. 흡입노출 가능 나노제품 함유 주요 나노물질의 독성참고치 결정

가. 대표 나노물질의 선정

대표 나노물질의 선정은 흡입노출 가능성이 높은 나노물질에 대한 독성연구 결과를 확보하

기 위해 문헌고찰을 수행하여 환경부 관리대상 제품군 중 흡입노출이 가능한 소비 제품군에

서 사용빈도가 높고 시판 중인 나노물질 함유 스프레이 제품 중 주요 나노물질인 TiO2, AgNP

를 최종 선정하였다.

나. 선정된 나노물질의 양·반응관계 문헌조사 및 정리

문헌조사는 Pubmed와 Scopus 등 peer-review 연구논문을 대상으로 수집하였으며, 논문

검색을 위한 키워드는「TiO2 또는 Ag」,「inhalation 또는 intratracheal instillation」,

「pulmonary inflammation 또는 polymorphonuclear leukocyte (PMN)」으로 하였다. 수집된 흡

입독성관련 자료들은 주요 분류체계(실험종 특성, 노출 특성, 나노입자의 특성 등)에 따라 문

헌별로 정리함으로서 통합데이터의 활용이 용이하도록 데이터베이스화하였다(그림 2-17).

Fig. 2-17. 수집한 자료의 데이터베이스.

- 44 -

다. 양·반응 데이터 추출

(1) Dose metric 결정

나노물질의 노출 metric은 질량(mass)이나 수(count) 농도보다 표면적 농도기준이 적절하다

는 선행연구의 지적에 따라 모두 표면적농도로 환산하였다. 그림 2-17에서 질량(mass)농도와

수(count)농도가 양반응 평가에 적용될 경우 입자의 크기에 따라 폐염증 지표의 발현정도가

달라지는 것을 확인할 수 있다. 실제 실험동물에 취해지는 나노입자는 평균적인 크기가 제시

되지만, 가령 10nm 크기의 나노입자 1 g을 노출시킨다고 가정할 때 1 g 속에는 정확히 10nm

크기의 입자로 구성 된 것이 아닌 그보다 작거나 큰 입자들도 포함되어 있으므로 평균입경에

해당하는 표면적으로 환산하는 것이 옳으며 다양한 범위의 입경을 사용한 자료들을 통합해서

비교하고자 할 경우에는 더욱이 입자의 표면적으로 환산하여 사용하는 것이 적합하다는 결론

에 이르렀다(그림 2-18).

Fig. 2-18. 크기가 다른 나노입자의 dose metric별 폐염증 지표와의 양·반응관계

(Casarett & Doull’s toxicology, 2013).

체내에 축적된 입자의 총 표면적이 제시되어있는 경우에는 그 값들을 가감 없이 사용하면

되지만 대다수의 문헌에서는 입자의 단위 중량 당 표면적(m2/g of NP)이 별도로 제시되어 있

어 단위환산을 위한 계산이 필요했다. 단위 환산을 위한 세 가지 정보는 다음과 같으며 모두

곱하면 체내 축적된 입자들의 총 표면적 농도를 얻을 수 있으며 최종단위로 m2 혹은 편의를

위해 cm2로 계산될 수 있다.

- 나노입자의 노출량 (g/kg body weight)

- 대상 시험 종의 체중 (kg)

- 45 -

- 특정 크기(nm)의 입자 표면적 (m2/g)

(2) 종말점(endpoint) 최적지표 결정

수집된 문헌에서 제시하는 건강상 지표는 아래의 표 2-11과 같다.

Health outcome

Polymorphonuclear leukocyte (PMN)

Total cell number

Lactate dehydrogenase (LDH) activity

Macrophage

Total protein

Albumin concentration

Lung weight

Cell proliferating

γ-gultamyltranspeptidase (GGT) activity

Table 2-12. 나노물질 폐독성과 관련된 건강상 지표

조완섭 등(2013)에 의하면 흡입노출에서 가장 효과적인 독성종말점으로 Polymorphonuclear

leukocyte (PMN)를 제시하고 있다. PMN은 다형 핵 백혈구 혹은 호중구라고 불리며 폐의 염증

지표로서 외부자극으로 인한 염증발생시 제일 초기에 국소에 집합하여 생체 반응에 관여하는

것으로 알려져 있다. 기관지 폐포 세척액(Bronchoalveolar lavage fluid)을 분석하여 대조군에

비해 얼마나 많은 PMN이 관찰되지 개수(count)하여 표기한다.

수집된 자료에서 계산한 체내 유입된 나노입자의 표면적과 표 2-11에서 제시하고 있는 건

강지표들과의 양·반응 분석결과 PMN이 가장 적절하다고 판단되었으며 문헌들에서 나노입자

의 폐독성 평가 시 가장 많이 활용되고 있는 지표로 확인되었다.

(3) 자료추출

PMN 자료의 일부는 표의 형태로 제시되어 있지만 대부분은 그래프로 제시되어 수치해석

프로그램(Grab It! XP, Datatrend Software, Inc.)으로 수치화(digitize)하여 사용하였다(그림

2-19). 이 프로그램은 직접적인 수치로 제시되지 않은 수많은 자료들을 활용해야하는 meta

analysis 혹은 pharmacokinetics 등의 분야에서 많이 활용되고 있으며 참 측정치에 크게 어긋

나지 않는 값을 획득할 수 있다는 장점이 있다.

- 46 -

Fig. 2-19. Grab It! XP 프로그램을 활용한 수치화 과정.

라. 양·반응 분석

(1) Point of departure (POD) 결정

전통적인 양-반응 분석에서는 POD를 단일수치로 표현되는 독성 값인 NOAEL (No

observed adverse effect level) 혹은 LOAEL (Low observed adverse effect level)로 결정했으

나 최근에는 확률적인 개념을 포함하는 Benchmark dose (BMD)값들로 결정하고 있다 (그림

2-20). BMD는 관측 가능한 범위내의 실험 데이터에 맞춰진 수학적 모델을 기반으로, 경미하

지만 측정은 할 수 있는 반응(벤치마크 반응, BMR)을 야기하는 용량(dose)을 일컫는데 보통

대조군보다 5% 또는 10% 높은 발생률을 보일 때의 용량을 선택한다. BMD 최저 한계 (BMDL)

는 대응하는 BMD 중 95% 신뢰구간의 최저한계치를 의미하며 본 연구에서도 POD로 사용하고

자 하였다.

- 47 -

Fig. 2-20. Benchmark dose lower limit.

양(노출)-반응 자료로 수학적 모델링을 통해 BMDL을 추정하기 위해서 미국 환경청(EPA)에

서 개발한 무료 소프트웨어 프로그램인 Benchmark Dose Software (BMDS, Version 2.6)를 사

용하였다. 이 프로그램은 단일 혹은 복합 화합물의 건강위해영향이 나타나지 않을 수준을 예

측하여 가이드라인을 설정하는데 많이 활용되고 있다.

(2) BMDL 추정

양-반응관계의 그래프를 작성하기 위해서는 가장 먼저 입력데이터의 특성을 파악해야 한

다. 반응(response) 값이 연속형(continuous)/이분형(dichotomous)/이분형이면서 암(cancer)을 관

찰한 것 인지에 따라 BMDS의 입력 값이 다르다. 본 연구에서는 연속형의 형태를 취하므로

노출량(Dose), 사용된 실험동물의 수(NumAnimals), 반응의 평균값(MeanResponse), 반응의 표준

편차(Stdev)를 입력하였다(그림 2-21). 입력한 데이터를 실행시키면 그림 2-22과 같이 다양한

수학적 모델에 의한 양-반응 관계그래프가 그려진다. 모델의 종류에는 Exponential, Hill,

Power, Polynomial, Linear 등이 있으며 모델 선정근거를 기준으로 가장 적합한 모델을 선택할

수 있다.

- 48 -

Fig. 2-21. BMDS (continuous 모델) 데이터 입력.

- 49 -

Fig. 2-22. 여러 가지 모델이 적용된 양-반응관계 그래프(X축: Dose, Y축: PMN (%)).

- 50 -

모델 적합도가 가장 우수하다고 판단되는 모델을 적용한 양-반응그래프에서 통계적 이론이

반영되어 결정된 BMDL을 POD로 산정하였다(그림 2-23).

Fig. 2-23. BMDS 모델로 추정한 BMD(L).

(3) BMDL 상응 공기 중 농도 예측

BMDL 노출량은 대조군에 비해 반응(response)이 10% 높을 때의 체내 축적 입자의 총 표면

적 농도를 나타내므로 cm2/rat 혹은 cm2/lung 등의 단위로 추정되며 이 자체가 POD라고 할

수 있다. 그러나 흡입독성물질의 독성참고치를 체내 축적 입자의 총 표면적 농도를 통해 설정

하기에는 다소 무리가 있으므로 그 표면적 농도에 상응하는 공기 중 입자의 농도로 표현하는

것이 타당하다. 또한 기존에 제시된 흡입나노입자의 독성 참고치와 비교하기에도 적절하다.

체내 축적된 입자의 양에 상응하는 체외 공기 중 농도 추정을 위하여 Multiple path

particle dosimetry (MPPD) 모델을 이용하였다. MPPD는 사람(성인 및 어린이)과 랫트의 호흡기

노출 후 입자의 체내 분포를 예측하는 모델로서 입자크기 10 nm부터 20μm 범위의 입자에

대해 적용가능하다. 예를 들어, 공기 중 TiO2 10 nm입자 1 mg/m3에 1시간 노출된다고 가정했

을 때, 폐포(pulmonary), 기관지(tracheobronchial), 머리(head), 호흡기전체(total)에 1시간 당 축

적되는 TiO2 나노입자의 양(amount)을 추정할 수 있다. 이를 위한 단계는 다음과 같다.

① 노출시나리오 입력

- 1일 노출 시간 설정 (작업자 기준, 하루 8시간)

- 임의의 공기 중 농도 설정 (1mg/m3 노출 고정, 어떤 값이든 무관)

- 임의의 입자 크기 설정 (원하는 입자 크기 입력, 10 nm ~ 20 μm)

② 모델 실행

- 51 -

③ 부위별(두부, 기관지, 폐포, 호흡기 전체) 시간당 (혹은 1일) 입자의 축적량 확인(그림

2-24)

Fig. 2-24. MPPD모델 실행결과 (ϕ = 10nm, 농도 = 1mg/m3,

8hr 노출 시 폐포(p) 축적량).

위와 같이 폐포에 축적되는 입자의 시간당 혹은 1일 축적량이 추정되면 그림 31에서 추정

한 BMDL에 상응하는 공기 중 농도를 간단한 비례식을 통해 계산해 낼 수 있다.

1 mg/m3 : 17.9 μg/rat = X mg/m3 : BMDL (cm2/rat)

공기 중 농도(X)를 계산하기 위해서는 BMDL (cm2/rat)의 단위를 변환해 주어야 하는데, 랫

트의 체내에 축적된 입자의 총 표면적에 해당하는 양 (m2/g)의 정보를 알고 있으므로 쉽게 변

환이 가능하다. 만약 양-반응 평가에 활용된 자료가 2개 이상이라면 각 자료에서 사용된 나노

입자의 크기와 그에 해당하는 표면적들의 기하평균값을 사용하여 단위를 변환하였다.

마. 독성참고치 잠정안 결정

기존에 제시된 나노물질 흡입 독성참고치를 살펴보면 그 수준이 국가별(기관별)로 큰 차이

를 나타내고 있다. 그 차이의 원인 가운데 하나는 POD에 최종적으로 취해지는 불확실성계수

(uncertainty factor)에 기인한다. 동물실험 자료로 추정된 POD를 사람에게 적용하기 위해서는

저농도 외삽이 필요한데 이때 가해지는 불확실성계수는 종간변이(interspecies), 종내변이

(intraspecies), 노출기간 등이 있다. 불확실성계수의 기관별 적용방식은 표 2-12와 같다. 추정

된 POD의 값이 동일하더라도 어떤 기관의 불확실성계수를 적용하느냐에 따라 최종적으로 산

출되는 독성참고치의 값은 크게 달라질 수 있다. 이에 본 연구에서는 국내에서 가장 많이 활

용되는 기관들에서 제안하는 계수를 적용하여 독성참고치 잠정안의 범위를 나타내고자 하였

다.

- 52 -

U.S. EPA WHO/IPCS ICH ECETOC

Interspecies

When data available, TD 100.4 (2.5)

Rat: 5

Mouse: 12

Dog: 2

Rabbit: 2.5

Monkey: 3

Other animals: 10

Mouse: 7

Rat: 4

Monkey: 2

Dog: 2

Inhalation area: 1

TK

Mouse; 7

Rat; 4

Guinea pig; 3

Rabbit; 2

TD x 3

10

TK 100.6 (4.0)

Intraspecies 10

TD 100.5 (3.2)

10

(systemic effects, local effects)

General population: 5

Workers: 3

10

TK 100.5 (3.2)

Exposure duration

Subchronic to Chronic: 10

Not applicable to a shorter period than

Subchronic

(10)

Half-life *) or more: 1

Mid- long term **): 2

Mid term ***): 5

Short term: 10

Subacute to Chronic: 6

Subchronic to Chronic: 2

Local Effects by Inhalation: 1

LOAEL to NOAEL 10 3 or 10 10 3

Incompleteness of DB Depends on condition 3 or 10Take into account

(value larger than 1)

Characteristics of toxicity

(such as carcinogenicity

with threshold  value)Up to 10

1 for fetal toxicity associated with maternal

toxicity 5 for fetal toxicity without maternal

toxicity 5 for a teratogenic effect with

maternal toxicity, 10 for a teratogenic effect

without maternal toxicity

Remarks [Uncertainty

Factors (UFs) and others]

The Technical Panel recommends

limiting the total UF applied for any

particular chemical to no more than

3000 and avoiding the derivation of a

reference value that involves

application of the full 10-fold UF in

four or more areas of extrapolation. *)

in the absence of any other specific

toxicokinetic or toxicodynamic data, a

default factor of 3 (in conjunction with

HEC derivation) or 10 is applied

TD: toxicodynamics,

TK: toxicokinetics

No description during the test,

however, it is taken into

consideration with drinking water

quality setting.

*) 1 year for redents or rabbits. 7 years for

cats, dogs, and monkeys.

**) 6-month study in rodents, or a 3.5 year

study in non rodents.

***) 3-month study in rodents, 2-year study

in non-rodents.

Extrapolation between routes

(Oral to Inhalation, Inhalation

to Dermal) are stated as

“not set”.

Table 2-13. 국가별(기관별) 불확실성계수(uncertainty factor)의 적용 예

- 53 -

5. 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련

본 연구는 생활화학제품의 나노흡입노출 평가의 국내 최초 연구로 생활화학제품의 나노물

질 노출에 있어서 기존 문헌과 노출 체임버를 이용한 제품의 흡입량에 초점을 맞추었다.

그 주요한 내용으로 첫째는 향후 소비자가 안전하게 나노물질 함유 생활화학제품을 사용하

는데 필요한 연구를 위한 로드맵을 작성하는데 있어 주로 고려되는 사항이다. 이는 어린이,

노약자 등 민감 계층의 노출이나, 온습도, 풍향, 다른 물질과 공존시의 차이점과 같은 다양한

환경변수, 수학 모델 등을 이용하여 개발된 보다 정교한 생체 침착량 모델과 그 적용, 동물

실험 모델을 통한 실제 흡입량 관찰 및 독성반응, 화학물질 안전종합계획에 포함되어 관리 할

수 있는 방안, 표준 실험 조건의 셋업 및 평가 프로토콜 작성 등이다.

둘째는 데이터베이스 구축안을 제시하는 것으로, 생활화학제품의 나노 흡입에 대해 생성된

자료의 DB를 별도로 구축하는 것보다 기존의 화학물질 관리 데이터베이스 또는 현재 진행 중

인 생활화학제품의 DB에 포함 될 수 있도록 한다.

셋째는 안전관리방안으로, 생활화학제품 중 나노포함 물질의 독성치에 근거하여 노출을 관

리할 수 있는 방안을 강구하는 것이다. 관리방안은 크게 발생원에서의 관리-전파경로에서의

관리-소비자 노출지점에서의 관리로 구분하여 제시한다.

위 세 가지 주요내용에 대하여 연구 방법은 크게 세 가지 접근방법을 사용하고자 한다. 첫

째는 기존의 문헌조사로 각각 항목에 대하여 기존의 문헌에 나와 있는 방법을 참조하는 것,

둘째로 본 연구를 수행하면서 나타난 아이디어, 결론, 추가 보완점을 도출하여 각 항목에 적

용하는 것이고, 세 번째로는 자문가의 의견을 수렴하는 방법이다.

가. 문헌조사

로드맵을 작성할 때에는 소비자 제품에 대한 국내외의 기존 연구동향을 파악하고, 특히 국

내에서는 되어 있지 않으나 EU를 중심으로 한 소비자 제품 나노 흡입노출 연구의 방향을 고

찰하여 국내 상황에 맞게 고려하였다.

DB구축안을 마련하기 위하여 외국의 웹사이트 및 국내 관련 웹사이트를 조사하여 나노물

질 노출에 대한 정보를 제공하는 곳의 항목들을 분석하였다. 예를 들어 EU의 Nanosafe나 네

덜란드의 Stoffenmanager는 데이터베이스 구축역할도 하면서 측정 자료를 이용해 위험성을

평가할 수 있도록 구성되어 있다.

관리방안의 측면에서 나노물질의 관리방안과 소비자 제품에 대한 관리방안이 같이 되어 있

는 것은 많지 않다. 본 연구의 결과를 바탕으로 제품의 생산단계부터 폐기까지 전 과정에 걸

친 관리방안을 제시하고 특히 소비자 관점에서 필요한 관리방안을 고찰하여 제시하였다.

- 54 -

나. 본 연구 수행 중 도출된 내용

본 연구를 수행하는 과정에서 추후 더 연구 및 조사되어야 할 내용을 도출하여 로드맵에

작성하였다. 제품군 분류에서 거동평가, 알고리즘 보완 및 독성참고치를 결정하는 단계에서

시간과 비용, 또는 연구 능력의 제한으로 가정하거나 추론했던 사실들, 밝혀내지 못한 사실들,

추가 방향을 정기적인 회의를 통하여 도출하여 로드맵 작성에 활용하였다.

본 연구에서 도출된 각종 결과를 DB화하기 위해서는 결과를 표준화된 양식에 넣는 것이

우선되어야 한다. 연구 수행 및 보고서 작성과정에 이를 고려하여 DB화를 위한 초안 작성에

활용하도록 하였다. 예를 들어 정형화된 엑셀양식에 각 결과 함수를 정의하여 넣는 방안을 마

련하였고, 이어서 소비자의 제품 사용과 나노물질의 특성에 맞는 관리방안을 모색하였다. 노

출 체임버에서 실험을 수행하면서 노출을 억제할 수 있는 방안(농도가 감소되는 방안)을 도출

하여 이를 소비자가 적용할 수 있는지 검토하여 관리방안으로 제시하였다.

다. 자문가 의견 수렴

로드맵 작성, DB 구축 및 관리방안에 대해 따로 자문을 구하기보다는 연구 중반 이후 자

문가 와의 브레인스토밍을 통해 각 방안에 대한 아이디어를 도출하여 각각에 자문가의 의견

을 최대한 반영하였다. 1회 보다는 2-3차례 만들어진 가안을 논의하여 전문가의 의견이 수렴

된 현실성 있는 안이 만들어지도록 하였다.

- 55 -

3장. 연구결과

1절. 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군 중 나노물질 포함 제품, 흡입

노출 가능제품 파악

1. 조사대상 제품군 분류

제품군은 환경부 고시 「위해우려제품 지정 및 안전·표시기준」 중 [별표 1]의 5항목 15종을

바탕으로 국내·외 최신 연구논문과 보고서에서 분류하고 있는 나노물질 함유가능 제품군을 조사하

였다.

구분 대분류 소분류 종수

생활화학제품

1. 세제류

가. 세정제

나. 합성세제

다. 표백제

라. 섬유유연제

4

2. 코팅 및 접착제류

가. 코팅제

나. 방청제

다. 김서림 방지제

라, 접착제

4

3. 방향제류가. 방향제

나. 탈취제2

4. 염료·염색류가. 물체 탈·염색제

나. 문신용 염료2

살생물제 5. 살생물제류

가. 소독제

나. 방충제

다. 방부제

3

Table 3-1. 환경부 관리대상 위해우려제품 15종

환경부 관리대상 제품군 중 일반 소비자의 흡입노출이 가능한 제품군은 세제류, 코팅접착제

류, 방향제류, 살생제류로 분류되었으며, 염료·염색류 항목의 경우 일반 소비자가 생활환경

중에서 쉽게 접할 수 있는 제품군이 아니라 본 연구에서는 제외하였다. 사용형태에 의한 분류

는 압축분사영 스프레이와 수동분무형 스프레이가 다수를 차지하였다. 본 연구에서 300개 제

품에 대하여 예비 시장조사를 한 결과, 전체 조사제품 중 약 10% 제품이 나노물질이 함유되

어 있었으며, 방향제와 탈취제류 제품의 나노물질 함유 비율이 높았다(그림 3-1).

- 56 -

Fig. 3-1. 예비조사를 통한 흡입노출 가능 제품군 수.

2. 국내문헌고찰

가. 국내 생활용품 안전 관련 연구현황

생활화학용품에 대한 연구는 최근 2011년부터 시작되었다. 방수스프레이, 가습기 살균제 사

용에 따른 건강영향이 사회문제화 된 시점(2010년 즈음)과 비슷하다. 이전에는 가정에서 사용

하는 생활용품/소비용품의 노출에 따른 위험 연구는 없었다. 본 연구에서 파악한 바로는 현재

까지“생활 공감 프로젝트”일환으로 총 11개 생활용품 관련 연구가 수행되었으며, 주로 생활

용품에 들어 있는 특정 화학물질의 독성을 파악하는데 중점을 둔 연구결과가 대부분이었다.

각 연구과제별 목표 및 주요 연구내용을 정리하였다(표 3-2 참조). 생활용품 중에 들어있는

연구대상 주요 화학물질 성분은 포름알데하이드, Polybrominateddihenylethers (PBDEs),

BisphenolA (BPA), 은(silver), Di(2-ethylhexyl)phthalate(DEHP) 등 이었다. 대부분 생활용품 중

에 들어있는 독성이 큰 성분들에 대한 독성시험 결과, 독성참고치, 무관찰 작용량, 노출경로에

따른 노출 평가방법 등을 고찰한 연구가 대부분이었다. 향 후 생활용품의 위험과 노출관리를

위한 로드맵을 제안한 정책연구도 있었다. 생활용품 16종(방청제/김서림방지제/스티커제거제/

표면보호코팅제/문신용염료/방충제/소독제/미생물탈취제/방부제/자동차용스프레이/물체열탈색제

- 57 -

/감열지/항균제균스프레이/틈새충진재/페이스페인팅용품/방염제/도배용품)의 사용특성을 설문조

사를 통해 조사한 것이 노출과 관련된 연구였다(이기영 등, 2014).

과제명 연도 연구목적 주요내용

제품에 의한 소비자 노출평가 기반구축(IV)-국내 적용 가능한 노출계수 확보(IV)-

2011

우리나라의 주요 소비자 제품의 사용패턴을 파악하고, 그에 따른 노출계수를 확보하며 이를 단계적으로 DB 화

1. 노출계수 조사대상 제품 선정 및 유해물질 목록 작성

2. 제품에 대한 노출 시나리오(알고리즘)작성

3. 제품에 주요 노출계수 확보 및 적용성 검토

4. 확보한 노출계수 활용방안 제시5. 본 사업 평가 및 향후 제품 노출평가 사업의 중기 연구방향 제시

생활용품에 함유된 위해우려물질에 대한 위해성평가

2012

국민들이 일상생활에서 사용하는 생활화학용품에 함유된 화학물질에 대한 위해성을 평가하여 사전 예방적 위해 관리 대책 마련

1. 위해성 평가 수행 대상물질 선정 및 추진전략 수립

2. 평가대상 제품 제형 및 물질 특성을 고려한 노출시나리오 작성

3. 국내외 관리방안 및 위해성평가 결과에 따른 안전기준 검토

생활공감 유해물질의 매체통합위해성평가(II)-폼알데하이드-

2012

폼알데하이드에 대한 수용체 중심의 다매체 통합위해성평가 및 관리방안을마련

1. 폼알데하이드에 대한 위해성평가 추진전략 수립

2. 폼알데하이드의 다매체통합 위해성평가

3. 폼알데하이드의 위해관리 대책 수립방안 마련

생활화학용품 안전성 확보를위한 흡입독성연구

2012

화학용품에 함유된 학물질 중 유해성이 높고 노출빈도가 높은 물질을 선정하여수행한 결과 도출된 무영향관찰용량은 인체위해성 평가에 중요한 자료로 활용생활화학물질에 트고하된 에어로졸 발생·제어법, 흡입독성 분석법은 향후 수행될 관련 연구에 도움이 될 수 있는 가이드라인 제시

1. 세포독성 시험2. 폐독성 시험3. ChloramineT28 일 반복 흡입독성시험4. 디젤엔진 배출가스 흡입독성시험

생활공감 유해물질의 매체통합 위해성평가(II)-Di(2-ethylhexyl)phthalate(DEHP)-

2012DEHP 에 대한 수용체 중심다매체 통합 위해성평가 및관리방안 마련

1. 위해성 평가 추진전략 수립2. 다매체 노출 모니터링 자료 수집 및

추가모니터링 실시3. 매체별 노출량 산정 및 위해도 산출4. 위해관리대책 수립방안

위해성평가의 정책적 활용도 제고를 위한 화학물질 Action Plan 수립 연구 (1)

2013

화학물질 Action Plan 의 수립 기반을 구축하고, 이를 통해 위해성평가 결과를 위해성 관리정책 수립 및 시행과정에서 효과적으로 활용하기 위한 체계를 확립

1.국내 위해성평가 현황 및 위해성 평가 결과의 활용도 조사

2.국외 위해성 평가 보고서의 현황과 관리정책/활용도 제고 수단에 대한 검토

Table 3-2. 생활용품 관련 연구 과제별 연구 목적 및 주요 내용 요약

- 58 -

과제명 연도 연구목적 주요내용

3. 위해성평과 결과의 정책 활용도 제고 수단으로 화학물질 Action Plan 의 국내 도입 필요성 제시

4. 상기 연구 결과를 토대로 화학물질 Action Plan(안)의 기본 틀을 최종 확립하는 과정에서 고려해야할 시사점 정리

제조 은 나노물질의 위해성평가

2013

향후 예상되는 새로운 위해요소 즉, 나노물질과 같이위해성이 정확하게 알려지지 않은 물질에 대해 국내 실정에 적합한 위해평가기법 개발 및 관련정보의 확보 등을 통해 나노물질이 함유된 제품의 위해예방 위한 대비

1. 제조 은 나노물질의 유해성 확인 및 용량-반응 평가

2.제조 은 나노물질의 노출평가3.제조 은 나노물질의 위해도 결정4.OECD 나노물질 안전성사업 국가보고

서(Dossier) 갱신5.나노물질 안전성 확보를 위한 관리방

안 제안

생활공감 유해물질의 매체통합 위해성평가(III)-BisphenolA(BPA)-

2013

빈번히 발견되는 BPA를 대상으로 다매체 통합 위해성평가를 수행함으로써민감집단을 파악하고, 이를 대상으로 상세한 위해성평가를 통하여 노출원을 파악하고 위해관리방안을 마련하기 위함

1. BPA 의 인체/생태 위해성평가 추진전략 수립

2.BPA 의 다매체/다경로 노출 모니터링 수행

3.BPA 에 의한 인체/생태 노출평가 및 위해성 평가

4.BPA 의 위해관리대책 수립(안) 마련

생활공감 유해물질의 매체통합 위해성평가(III)-Polybrominateddihenylethers(PBDEs)

2013

생활 속에서 흔히 접하며 환경 중에서도 빈번히 발견되는 화학물질인 PBDEs 를 대상으로 다매체 통합 위해성평가를 행하여 민감집단을 파악하고, 위해성평가를 통하여 노출원을 파악하여 위해 관리방안을 마련하는 것

1. PBDEs 의 인체/생태 위해성평가 추진전략 수립

2.PBDEs 의 다매체/다경로 노출 모니터링 수행

3.PBDEs 에 의한 인체/생태 노출평가 및 위해성 평가

4.PBDEs 의 위해관리대책 수립(안) 마련

제조나노물질 안전성 시험방법 해설서

2014

나노물질의 물리화학적 특성에 관한 기조자료를 생산하는 방법론을 제시하고 나노물질의 환경 및 인체 위해성에 관한 주요 물리화학적 특성인자를 밝히고 안전하게 나노물질을 제조·사용할 수 있는 기반 마련

1.나노물질의 물리화학적 특성 분석 방법

2.나노물질의 독성시험방법3.나노물질 전 과정평가(LCA)방법

환경기술개발사업 연차(단계)보고서 (2 연차(단계))

2014

생활화학용품 중 총 16 종류의 용품을 대상으로 노출 및 유해가능성이 높은 화학물질을 선정하여 생활화학용품의 안전관리기준을 제시하고 인체위해성평가시스템을 개발함1.제품별 이용형태에따른 노출시나리오와 노출계수 조사

1. 생활화학용품 주성분 목록구축 및 유통량 파악

2.제품별 화학물질 목록구축 및 위해성평가를 위한 독성

자료조사3.유해물질 위해성 프로파일 시스템 구현

4.생활화학용품 인벤터리 시스템 구현5.생활화학용품 분석유 시스템 구현

- 59 -

스프레이 형태의 생활용품 흡입노출에 대한 연구는「생활화학용품 환경노출에 따른 위해성

평가 시스템 개발」과 「생활화학용품에 함유된 위해 우려물질에 대한 위해성 평가」이다(표

3-3 참조). 이 중 생활화학용품 환경노출에 따른 위해성 평가 시스템 개발”은 스프레이 제

품의 사용특성을 노출계수로 설명했다. 사용 빈도, 사용기잔, 사용량 등은 노출에 영향을 미치

는 사용특성이다. 이러한 사용특성인 노출계수는 흡입 노출량(또는 농도)를 추정할 때 표준

노출량을 가정할 때 활용할 수 있다.

과제명 연도 연구목적 주요내용

2.노출경로별 용출량 및 방출량을 측정3.노출시나리오별 제품사용에 따른 한국형 생활화학용품 노출량을 평가, 위해성평가

6.생활화학용품 인체 해성평가 엔진 설계

- 60 -

연구과제명 년도 대상물질 또는 제품 용도 노출매체 공기 중 흡입 스프레이형 노출여부

본 연구고찰대상

생활공감 유해물질의 매체 통합 위해성평가

(1)2012 DEHP

프라스틱제품에 유연성 부여

식품/집바닥먼지/소비자제품(완구/장난감 등)

먼지 no no

생활공감 유해물질의 매체 통합 위해성평가

(2)2013

PBDEs(polybrominated diphenyl ethers)

섬유/건축자재/컴퓨터/TV 난연재

식품/먼지 먼지 no no

생활화학용품 환경노출에 따른

위해성 평가 시스템 개발

2013

16개 제품군 (방청제/김서림방지제/스티커제거제/표면보호코팅제/문신용염료/방충제/소독제/미생물탈취제/방부제/자동차용스프레이/물체열탈색제/감열지/항균제균스프레이/틈새충진재/페이스

페인팅용품/방염제/도배용품)

생활 화학용품 공기가스상/스프레

이yes

yes(노출계수

개발)

제조 은 나노물질의 위해성평가

2013방부제/항균탈취/도료/안료/코팅제/화장품/전기전자제품/파우더/섬유제

품/기능성복합제 등

은 나노가전<냉장고,에어컨/가습기/세탁기/청소기/공기

청정기 등> 항균작용, 탈취, 정전기 방지

피부/먼지 등먼지(스페리이에 대한 언급

없음)no no

생활화학용품에 함유된 위해우려물질에 대한

위해성평가2012

d-Limonene/Chlorine dioxide/Oxaladehyde/Zincoxide/Triclo

san/Hydrocholoric acid/Methyl alcohol/Phosphoric

acid/1,2-Benzisothiazol-3(2H)-one/Formaldehyde/Sodium-N-chloro-4-methylbenzensulfonamid/Ethyleneoxide

/Naphthalene/Benzyl

방향제, 탈취제의 유해물질

소비자제품(방향제/탈취제)

휘발된 물질에 의한 흡입/스프레이 사용 후 휘발

및 비휘발물질

흡입

yes사용특성/노출계수 자료

없음

Table 3-3. 생활용품 관련 연구 보고서별 연구 대상물질별 노출경로 평가

- 61 -

연구과제명 년도 대상물질 또는 제품 용도 노출매체 공기 중 흡입 스프레이형 노출여부

본 연구고찰대상

lcohol/Propylene glycol/dI-Linalool/Citronellol/Benzene/Toluene/Ethyl benzene/Xylene

위해성평가의 정책적 활용도 제고를 위한 화학물질 Action Plan

수립 연구(1)

2013해당없음

(정책 연구)해당없음

(정책 연구)해당없음

(정책 연구)해당없음

(정책 연구)해당없음

(정책 연구)

생활공감 유해물질의 매체 통합 위해성평가

2013 Bisphenol A (BPA)

플라스틱 제품의 폴리카보네이트와 에폭시수지 제조/

음료/식품/액상분유 용기의

코팅제/감열지/치과용 충진재 등

노출원파악쉽지 않음

(다매체/다경로)먼지 no

생활화학용품 안전성 확보를 위한 흡입독성

연구2012

*생활화학물질(1,2-Bensisothiazol-3(2H)-one(BIT),Triclosan(TCS),Dicholor

ophene(DCP),Citral(CTL))*Sodiump-TolenesulfonchloramideTr

ihydrate(ChloramineT)

*방향제,탈취제의유해물질

*방향제나탈취제의살균기능물질/내시경소독제/실험실주방/실내수영장등에서의살균제/음용수살균제

등

미스트성(Chloramine T에 해당)

no

제품에의한소비자노출평가기반구축(IV)-국내 적용가능한 노출계수 확보(IV)-

2011

신문(Formaldehyde,Xylene)/노트(Lead,Cadmium,DEHP,DBP,BBP,DNOP,Formaldehyde,형광증백제)/클립·집게(Nickel)/사인펜(Formaldehyde)/보드용마커(Lead,Antimony,Isopropanol,Butanol…)/형광펜(Formaldehyde)/

소비자 제품

빨거나 씹음-종이컵, 플라스틱컵 / 휘발성물질

흡입, 먼지흡입-사

no

- 62 -

연구과제명 년도 대상물질 또는 제품 용도 노출매체 공기 중 흡입 스프레이형 노출여부

본 연구고찰대상

보드클리너(Isoproanol,2-Butoxyethanol)/포스트잇/클리어파일(Cadmium)/컴퓨터키보드(Lead,Mercury,Cadmium…)/컴퓨터마우스(Lead,Mercury,Cadmium…)/마우스패드/종이컵(Lead,Mercury,Cadmium…)/플라스틱컵(BisphenolA,Triethylamine,Tributylamine…)/의료용밴드/화장지(Formaldehyde,형광증백제…)/변기커버/살충제에어로졸(Vinylchloride,Methanol,Trichloroethylene…)/피우는모기향(Formaldehyde)/리모컨(Lead,Mercury,Cadmi

um…)

인펜,보드용마커,형광펜,보드클리너,살충

제 에어로졸,피우는모기향/피부접촉-신문,노트,클립,사인펜,보드용

마커,형광펜,보드클리너,포

스트잇, 클리어파일,컴

퓨터 키보드,컴퓨터 마우스,마우스 패드, 의료용 밴드,화장지, 변기커버,리모

컨

생활공감 유해물질의 매체 통합 위해성평가

2012 폼알데하이드

살균제,방부제(화장품,생활용품,개인위생용품)복잡한화합물제조(수지,플라스틱)

*환경매체-대기/토양

*생활매체-실내공기(주거지,사무실,기타실내)/먹는물/주변토양/소비제품*다매체

대기/주거지/사무실/기타실내 공기 에서 흡입됨(아토피

, 두통,현기증, 새집증후군의

원인)

화장품분석시헤어스프레이

제조나노물질 안전성 시험방법 해설서

2014나노물질/은/이산화티타늄/탄소나노

튜브/기타 나노물질향균,살균

기능/잉크와 환경, 의료용,소비재 및 다른

　 no 　

- 63 -

연구과제명 년도 대상물질 또는 제품 용도 노출매체 공기 중 흡입 스프레이형 노출여부

본 연구고찰대상

전자제품의 도선연결/깨끗한

외벽유지/반도체 소자/

차세대 연료전지/수소저

장 매체/전자기 차폐물 등

활용(건축자재,

전자제품 등) 범위 내에서 분산된 형태와 혼합물로

사용

- 64 -

나. 생활용품의 법적관리 현황

환경부에서는 일반인들이 사용하는 생활용품의 안전 및 건강영향을 관리하고 있다. 생활용

품의 안전성 법적 관리 근거는 화학물질의 등록 및 평가에 관한 법 화학물질 관리법 (화평

법)에서 그 근거를 다음과 같이 찾을 수 있다.

· 화평법 제 2조(정의) :‘위해우려제품’에 속하는 생활화학제품으로 세정제, 방향제, 접

착제, 광택제, 탈취제, 합성세제, 표백제 및 섬유유연제 등 일반 소비자들이 주로 생활용

으로 사용하는 제품과 방충제, 소독제, 방부제 등과 같이 사람과 동물을 제외한 모든 유

해한 생물을 죽이거나 생물의 활동을 방해·저해하는 데 사용하는 제품으로 크게는 15개

제품군으로 분류할 수 있다.

·화평법 6조 : 환경부 장관이 5년마다 화학물질의 평가 등에 관한 기본계획을 수립하도록

하고 있다.

·화평법 7조 : 화학물지 평가위원회는 위해우려제품의 안전기준·표시기준에 관한 사항.

· 화평법 32조~37조에서 위해우려제품의 위해성 평가, 제품의 안전기준, 표시기준, 제품

내 화학물질의 정보제공, 판매 등의 금지, 회수명령에 관한 사항을 규정하고 있다.

위해성 평가에 대해서는 환경부의 고시 또는 환경과학원의 규정에 평가 방법 등에 대해

규정하고 있는데 다음과 같은 것들이 있다.

·위해성평가 실시 등의 대상이 되는 환경유해인자의 종류(환경부고시 제2012-93호,

2012.5.23, 일부개정: 어린이의 건강에 영향을 줄 수 있는 환경유해인자의 종류를 정함에

목적을 두고 있다.

·환경유해인자의 위해성 평가를 위한 절차와 방법 등에 관한 지침(환경부예규 제480호,

2013.4.17, 일부개정, 시행 2013.4.17.): 사람의 건강이나 생태계에 영향을 주거나 어린이용

품에 함유되어 어린이의 건강에 영향을 끼칠 수 있는 환경유해인자의 위해성평가를 위한

절차와 방법 등에 필요한 사항을 정함을 목적으로 한다.

· 위해우려제품 위해성평가의 대상 및 방법 등에 관한 규정(국립환경과학원고시 제

2014-50호, 2014.12.31, 제정시행 2015.1.1.): 위해우려제품 위해성평가 대상 및 방법 등의

구체적인 사항을 규정함을 목적으로 한다.

· 화학물질 위해성평가의 구체적 방법 등에 관한 규정국립환경과학원고시 제2014-48호,

2014.12.31, 제정, 시행 2015.1.1.)화학물질 위해성평가의 구체적 방법에 필요한 사항을 규

정함을 목적으로 한다.

그러나 생활화학제품 중 나노물질을 평가하는데 구체적으로 적용하기에는 한계가 있다.

다. 국외문헌고찰

외국의 경우 국내 연구에 비해 다양한 제품군에 대한 인벤토리 구축, 노출평가 및 시나리오

작성 등이 이루어졌으며, 나노함유 제품에 대한 흡입노출 관련 연구도 일부 진행되었다. 국외

연구에서 분류한 제품군과 주 연구내용은 표 3-4와 같다.

- 65 -

연도 형태 제품군 분류 주요내용 참고문헌

2008 논문나노기술 기반 파우더형

화장품

나노기술 기반 파우더형 화장품

실험을 통한 실제 노출패턴과

특징분석

Lioy et al.,

2010

2009 보고서

전자제품/가정용품,

수리용품/케어용품 및

화장품/자동차용품/스포츠

용품/섬유재(직물

등)/필터재, 여과재,

살균제/기타(코팅제, 접착제

등)

· 기존 분류되어 있던 나노물질 함유

제품목록과 시장조사 자료를 토대로

현재 시장에서 차지하는 가치 비율과

미래 가치를 예측함

· 전문가 컨설팅을 통해 목록화된

제품의 노출특성과 경로 등 잠재적

노출 위험성을 기술함

NIPHE, 2009

2010 보고서

생활가전제품(일반가전)/가

정용품(세정제

등)/자동차용품/포장용품/케

어용품 및

화장품/건강보조제품/스포

츠용품/섬유재(직물

등)/장난감/코팅제/기타

· 유럽에서 유통되는 858종의

나노물질 함유 제품에 대한 인벤토리

작성

· 과거와 현재의 제품군 수를

비교하여 노출 가능성에 대해 기술함

NIPHE, 2011

2010 논문의도적 나노입자가 함유된

스프레이형 소비자 제품

실험을 통해 의도적 나노입자가

함유된 스프레이형 소비자 제품의

나노물질의 양적 발생률과 사이즈

분포 특징 파악

Hagendorfer

et al., 2010

2011 논문

AgNP함유 스프레이-

Antiodor spray/ Surface

disinfectant/Throat spray

AgNP 함유 스프레이형 제품 사용 시

사용자 노출 평가 및 제품 함유

액상형태와 입자 발생특성, 잠재적

노출 위험성을 평가함

Quardros &

Marr, 2011

2011 보고서나노물질 함유 표기,

미표기 소비자 제품 25종

나노물질 함유 표기, 미표기 소비자

제품 25종을 분석을 통해 실제로

나노물질을 함유 여부 파악

RVIM, 2011

2011 논문

Antiperspirant/Shoe

impregnation spray/

Plant-strengtening agent

의도적 나노입자 함유 라벨이 붙은

소비자 제품에 대하여 흡입 노출 평가

Lorenz et

al., 2011

2013 논문

나노기술 기반 스프레이형

소비자 제품/나노기술 기반

파우더형 화장품

나노기술 기반 제품 중 스프레이형

소비자 제품과 파우더형 화장품을

통한 의도적 나노입자 흡입 가능성

파악

Nazarenko,

2013

Table 3-4. 국외 연구의 주요내용

- 66 -

표 3-5는 환경부 관리 5항목 15종 제품군에 대하여 국내외 문헌조사에서 진행되었던 나노물

질(의도, 비의도) 함유 가능 여부를 조사하고, 나노물질 함유 가능 제품군 중 흡입노출 가능성

이 있는 제품군 선정에 사용하였다.

연도 형태 제품군 분류 주요내용 참고문헌

2014 논문의도적 나노입자가 함유된

스프레이형 소비자 제품

의도적 나노입자가 함유된 스프레이형

소비자 제품의 시간과 공간에 대한

분산 특성 파악

· 원거리 노출 가능성

· 분출 후 시간이 지난 상태에서의

노출 가능성

Bekker et

al., 2014

2014 논문

Conventional

spray/Nanomaterial

containing spray

스프레이형태(pump spray, propellent

gas, others)별 실험 및 분석,

평가방법을 자세히 고찰·기술

Losert et al.,

2014

2015 보고서

식음료/화장품/청결제/코팅

제/확산제/자동차용품/섬유

자재/건축자재/의료기기/공

기청정제/첨가용

윤활제/전자기기 및

가전제품

· 나노물질 종류, 제품 내 함유량

등을 고려한 120종의 나노물질 함유

생활용품의 목록을 작성함

· 대상물질 노출에 대한 시나리오

작성 및 노출평가를 실시함

DEPA, 2015

- 67 -

제품군 대분류 소분류 사용형태나노물질 함유가능여부* 노출가능 경로

ENP Non-ENP 흡입 피부 경구

1. 세제류

세정제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○티슈형 ○ ○분말형 (가루형, 파우더형 포함) △ ○ ○ ○에멀션형 (페이스트형, 왁스형, 로션형, 젤형 포함) ○ ○액체형 ○ ○스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

합성세제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○티슈형 ○ ○분말형 (가루형, 파우더형 포함) ○ ○ ○액체형 ○ ○

표백제분말형 (가루형, 파우더형 포함) ○액체형 ○ ○

섬유유연제티슈형 ○ ○액체형 ○ ○스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

2. 코팅·접착제류

코팅제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○티슈형 ○ ○에멀션형 (페이스트형, 왁스형, 로션형, 젤형 포함) ○ ○액체형 ○스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

방청제 스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

김서림방지제티슈형스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

접착제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○액체형스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

에폭시형 ○

핫멜트형 ○ ○ ○

3. 방향제류 방향제 고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○

Table 3-5. 제품군 별 나노물질 함유 가능성 및 노출가능성

- 68 -

* ENP: Engineered nanoparticle (공학적 나노입자), Non ENP: Non Engineered nanoparticle (비공학적 나노입자)

제품군 대분류 소분류 사용형태나노물질 함유가능여부* 노출가능 경로

ENP Non-ENP 흡입 피부 경구에멀션형 (페이스트형, 왁스형, 로션형, 젤형 포함) ○ ○액체형 ○ ○스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○자동분사형 ○ ○ ○ ○함침물형향초형 ○ ○ ○훈증형 ○ ○ ○

탈취제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○분말형 (가루형, 파우더형 포함) △ ○ ○에멀션형 (페이스트형, 왁스형, 로션형, 젤형 포함) ○액체형 ○스프레이형 (분무형, 에어로졸형, 스프레이캔형 포함) ○ ○ ○ ○

4. 염료·염색류

물체 탈·염색제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○분말형 (가루형, 파우더형 포함) ○ ○ ○펜형 ○액체형 ○스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○

문신용염료액체형 ○ ○

에멀션형 (페이스트형, 왁스형, 로션형, 젤형 포함) ○ ○

5. 살생물제류

소독제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○분말형 (가루형, 파우더형 포함) △ ○액체형 ○ ○스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○훈증형

방충제

고체형 (타블릿형, 파스텔형 포함) ○ ○액체형 ○ ○

스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

방부제액체형스프레이형 (수동분무형, 에어로졸형, 압축분사형 포함) ○ ○ ○ ○

- 69 -

2절. 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완

1. 기존 노출 시나리오와 이에 따른 알고리즘 검토

가. 환경부 및 생활공감 보고서

생활화학제품의 나노물질의 노출은 흡입, 피부, 섭취 중 흡입이 가장 가능성이 높은 노출 경로이다.

따라서 생활화학제품의 나노물질의 노출평가에 적용할 수 있는 노출 시나리오를 추정할 수 있는

계산식은 다음과 같은 것이 있다.

(1) 국내- 위해우려제품 위해성평가의 대상 및 환방법등에 대한 규정(시행 2015.1.1] [국립환경과학

원고시 제2014-50호, 2014.12.31, 제정]

위 규정 제 9조 노출평가에 따른 별표 3의 노출경로별 노출량 계산식 중 흡입노출에 사용되는

다음 식으로 할 수 있다. 그러나 이 식은 입자상 물질보다는 가스상 물질에 적합하며 입자상

물질에 적용할 경우 제품 사용량이 모두 공기 중에 존재한다는 가정, 입자 크기에 따른 공기

중 나노입자의 크기별 농도 등 추가적으로 고려해야할 가정이 많아져 직접 사용에 한계가 있다(표

3-6).

(2) 국내 - 화학물질 위해성 평가의 구체적 방법등에 대한 규정 ([시행 2015.1.1] [국립환경과학원고

시 제2014-48호, 2014.12.31, 제정]

위 규정의 제 7조 노출평가에서는 노출계수뿐 아니라 노출량을 계산하는 다음식이 제시되어

경로 시나리오 노출알고리즘

흡입

공기 중 지속적으로 방출되며 환기를 통해 일부 제거되고 호흡을 통해 노출

(예 : 거치식 방향제) ×

×

공기 중 분사 후 즉시 휘발되며 환기를 통해 일부 제거되고 호흡을

통해 노출(예 : 스프레이 탈취제)

××exp×

흡입 노출량 ××××

흡입경로 알고리즘에 대한 노출계수

Ca : 노출농도 (mg/m3) G : 방출량 (mg/h)

N : 환기율 (회/h) V : 공간 체적 (m3)

t : 제품 사용시간 (h) Ap : 제품 사용량 (mg)

Wf : 제품 중 성분비 (-) Dinh : 노출량 (mg/kg-d)

IR : 호흡률 (m3/h) abs : 체내 흡수율 (-)

n : 사용빈도 (회/day) BW : 체중 (kg)ET : 노출시간 (h/event)

Table 3-6. 환경과학원 규정(위해우려제품 위해성평가의 대상 및 환방법등에 대한 규정)에 제시

된 흡입노출 시나리오에 따른 노출 알고리즘

- 70 -

있다(표 3-7). 이 식은 인체의 노출경로에 상관없이 화학물질의 노출에 따른 일일 노출량을 계산할

수 있는 일반식이다. 그러나 실제로 공기 중 나노입자의 농도를 계산하는 것에는 위 표 3-6과

마찬가지로 크기별 인체 노출을 평가하는데 는 한계가 있다. 또한 평생 일일 노출량은 연령별

생활화학제품의 사용빈도와 종류가 달라지기 때문에 이런 단순한 식으로 계산하기는 한계가

있다.

노출량 노출알고리즘

일일평균 노출량 (mg/kg/day)평균체중

×

평균기간

오염물질농도

×접촉률

×

노출기간

×흡수율

평생 일일평균 노출량 (mg/kg/day)평균체중

×

평균수명

오염물질농도

×접촉률

×

노출기간

×흡수율

연령보정일일평균 노출량 (mg/kg/day)

평균기간

일일평균노출량

Table 3-7. 국립환경과학원 규정(위해우려제품 위해성평가의 대상 및 환방법등에 대한

규정)에 제시된 흡입노출 시나리오에 따른 노출 알고리즘

나. 일본의 NITE (National Institute of Technology and Evaluation) 보고서

일본의 NITE 가이드라인에서는 유해물질의 인체 침입경로를 흡입, 섭취, 피부흡수로 구분하고

각각의 경로에 따른 인체의 단위체중 당 노출량 계산식은 다음처럼 제시하였다.1)

EHE(흡입) = (해당성분의 공기 중 농도 × 호흡량) / 체중

EHE(피부) = (해당성분의 피부에 남아 있는 양 × 부착비율(adhesion ratio) / 체중

EHE(섭취) = (해당성분의 경구로 들어가는 농도 × 해당음식의 섭취량) / 체중

여기서, EHE : 추정 인체 노출량(Estimated Human Exposure)

이상 세 가지 노출 경로 중 환경부관리대상 생활화학제품에 함유된 나노물질에 대한 일차적인

노출경로는 흡입경로이다. 생활화학제품의 특정성분에 의한 노출 및 위험성 평가 알고리즘은 다음의

표 3-8과 같이 작성할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 흡입노출 시나리오를 작성하는데 필요한

노출계수 및 알고리즘을 검토하여 선정하였고 이에 따라 몇 가지 제품의 나노물질에 대하여 노출량

을 추정하였다(위험성 평가까지 되는지 확인; 예 AgNP의 독성참고치 파악).

실제로 생활화학제품을 사용하는데 있어 흡입노출량을 추정하는데 위식보다는 보다 정교한 추정식

이 요구되는데 그 이유는 생활화학제품의 사용빈도, 사용시간이 제품에 따라 다를 뿐 아니라 공기

중 농도도 변하기 때문이다. 따라서 위 흡입에 의한 추정 노출 공식을 다음과 같이 기술할 수 있다.

1) NITE(National Institute of Technology and Evaluation), Guidance on a consumer Product risk assessment for GHS labelling, 2008.

- 71 -

공기 중 농도, 노출계수(실제 노출계수라기 보다는 생활화학제품의 사용횟수, 빈도, 사용방식 등의

계수), 호흡률, 체중 등의 신체지수를 이용한다. 흡입노출량을 추정하는데 있어 각각의 항목(Ca,

t, Q, n, a)을 결정하는 것이 중요하다.

××××

EHE(inha): 흡입노출에 의한 인체 흡수량 (mg/kg/day)

Cat: 노출시간 동안 평균 공기 중 농도 (mg/㎥)

t: 회당 노출시간 (hr/event). 생활화학용품의 사용으로 인한 1회당 노출시간

Q: 노출된 사람의 호흡률 (㎥/hr)

n: 하루 동안의 사용 횟수. 예를 들어 스프레이제품인 경우 하루중의 스프레이 횟수

a(inha): 물질의 인체 흡수율(특별한 자료가 없으면 1, 즉 100%가 흡입되는 것으로 가정하여 사용)

BW; 체중 (kg)

이때 가장 중요한 것은 공기 중 노출 농도를 추정하는 것인데 NITE 가이드라인은 노출 시나리오에

따라 다음 표에 요약된 것처럼 추정식을 제안하였다. 그러나 이 추정식들도 개념적으로는 모두

합당하나 실제 생활화학제품 중 나노물질의 농도를 추정하기에 부적절하다. 그 이유로는 첫째,

사용양이 모두 공기 중으로 비산되지 않는다. 둘째, 입자 크기에 따른 거동이 달라진다. 셋째, 공기

중 농도와 실제 호흡기계의 침착량은 매우 다르기 때문이다. 이런 점은 국내에서 제안한 노출량

추정식도 모두 간과하고 있다.

- 72 -

시나리오 조건 모형 노출알고리즘

단순 모델

- 생활화학제품 사용량, 화학물질의 성분비, 공간(방이나 가상공간)의 체적을 사용하여 계산

- 환기가 되지 않는 상태, 성분이 순식간에 공기 중으로 확산되어 공기 중 농도가 일정함을 가정

- 사용시간이 짧고, 사용량이 모두 공기 중으로 비산되고, 환기율이 낮을 때 사용가능

×

Cat: 노출 기간 중 공기 중 평균 농도(mg/㎥) G: 공기중 해당성분 발생량 (mg) Ap: 제품사용량(mg) Wf: 제품 중 해당 성분의 중량 함량비 (무단위) V: 실내공간 체적(㎥)

농도 단순 감소모델

- 생활화학제품의 사용 초기 즉각적 방출로 최고농도였다가 점차 감소하는 경우

- 특정성분의 방출이 즉각적이고, 지속적이지 않음. 사용직후 환기 및 침강 등으로 감소

- 제품 사용시간이 매우 짧고, 고농도에서 감소만 보일 경우 사용

(1) 어느 특정시간 t 시점에서의 농도

××exp×

Ca: 특정 t시점에서의 공기 중 농도(mg/㎥) t : 노출 시간(h) N: 단위 시간당 공기 교환횟수 (ACH, 회/h)

(2) 일정 시간 t까지의 평균 농도

× × exp×

Cat: 노출 기간(t) 중 공기 중 평균 농도 (mg/㎥)

Table 3-8. 흡입노출을 추정하기 위한 공기 중 특정성분의 노출시나리오와 알고리즘

- 73 -

시나리오 조건 모형 노출알고리즘

농도 증가 후

감소모델

- 생활화학제품 사용시 농도가 증가했다가 사용이 중단되면 점차로 감소

- 노출량은 농도 증가할때와 감소할때를 나누어 평가해야 함

- 농도증가는 사용으로 인하고, 감소는 환기나 침강으로 일어날 수 있음. 환기나 침강의 영향을 별도로 계산하려면 복잡함

- 감소는 제품 사용이 끝나면 위 단순 감소모델처럼 감소

(1) 제품 사용으로 농도가 상승할 때 농도① 제품 사용동안 특정 시점 ti에서의 농도 (mg/㎥)

×

× exp× ,

×

Cai: 제품 사용의 특정시점 ti에서 공기중 농도 G : 사용중 제품 발생률 (mg/h) ti: 제품 사용시간(h)② 제품 사용동안(ti) 까지의 평균 농도

×

×

×exp×

Cati: 제품 사용으로 농도 증가동안(ti)의 평균 공기중 농도 (mg/㎥)

ti: 제품 사용시간(h)(2) 제품 사용 중단후 농도가 감소할 때 농도 ① 제품 사용 중단 후(감소) 특정 체류시간 tii 에서의 공기중 농도 (mg/㎥)

× exp× Catii: 제품의 특정시간 tii 시점에서 공기중 농도 (최고농도)(mg/㎥)

Ca1: 제품의 사용이 끝난 시점의 공기중 농도 (mg/㎥)

tii: 제품 사용 후 체류 중 노출시간(h) ② 제품 사용 중단 후(감소) 특정 체류시간 tii 동안의 평균

농도 (mg/㎥)

- 74 -

시나리오 조건 모형 노출알고리즘

× exp×

Catii : 체류 시간동안의 평균 농도(mg/㎥)

환기조건에서 지속 방출모델

- 생활화학제품을 장시간 사용하면서 지속적으로 발생하며, 환기도 지속되는 상태

- 방출 속도가 일정하다고 가정- 화학물질의 방출과 환기가 일정하여 해당

성분이 공기 중에서 평형을 이루어 농도가 일정하게 유지된다고 가정

- 농도가 일정하여 어느 시점 농도와 평균농도가 동일

- 스프레이제품과 같이 단시간 사용되는 제품에는 부적합

Ca : 발생과 환기로 인한 제거가 평형을 이루고 있을 때의 농도로 이는 일정한 시점의 농도 Cat와 같음

따라서 다음도 계산이 가능함.- 사용 공간 밖으로 나가는 화학물질의 양 (mg/㎥)

의 계산 식 : v x Ca - 농도가 평형일 때 발생량과 밖으로 나가는

화학물질의 양은 다음 식이 성립됨 : G=v x Ca- 따라서 다음 식이 성립됨

×

G: Emission Rate in Spacev: 환기량 (㎥/h)

포화증기 모델

- 가스상 물질이 공간에 완전히 포화되었을 때의 모델

- 생활화학제품 중의 나노물질(입자상물질)에는 부적합

- 가스상 물질이라 하더라도 포화농도가 되는 조건이 아니면 어려움

× ×

Cat: 노출기간중 평균 공기중 농도 0.4037 : 공기중 변환상수 (mg-mol/g/Pa/㎥M: 분자량 (g/mol)P : 포화증기압 (Pa)

- 75 -

다. 미국 EPA 방법

미국 환경보호청에서는 농약의 사용으로 인한 하루 노출량을 산정하기 위한 다음 식을 제시하였다

(표 3-9). 이 방법도 개념적으로는 맞으나 실제로 생활화학제품 중 나노물질의 노출 추정에 사용하는

것은 제약이 따른다. 즉, 단위노출량(unit exposure)을 산정하기 어려우며, 이는 농약사용량 중 특정성

분의 노출을 측정하기 위한 것으로 공기 중 AF(absorption factor)를 정하기 어려워 생활화학제품

중 실제 나노 물질 노출을 정량할 수 없다.

구분 산정식 대상

노출량

(mg/day)

Exp ××

UE = unit exposure (mg/lb ai)

AR = application rate (e.g., lb ai/ft2, lb ai/gal)

A = area treated or amount handled (e.g., ft2/day,

gal/day).

pesticide

일일노출량

(mg/kg/day)

×

E = exposure (mg/day)

AF = absorption factor (dermal and/or inhalation); and

BW = body weight (kg)

pesticide

Table 3-9. 미국환경보호청의 노출량 산정식

라. 기타 문헌

(1) 호흡기계 부위별 입자 농도 침착량 계산

소비자 제품 중 나노물질을 포함한 입자상 물질의 노출평가를 한 논문은 2010년도 이후 간헐적으

로 발표되고 있다. Lorenz 등 (2011)은 네 가지 소비자 나노스프레이 제품 중 나노 입자의 노출평가

모델링을 수행하였다.

이 논문에서는 네 가지 스프레이 제품을 300 L 크기의 Glove box에 분사시켜 SMPS와 Electrostatic

sampler로 채취한 후 SMPS 측정 자료를 다음 식을 이용하여 호흡기계 부위별 (머리부위, 횽곽부위

폐포부위)로 침착되는 양을 추정하였다. 각 부위에 침착되는 양의 추정에는 입자크기에 따라 각

부위의 침착율을 결정하는 ICRP(International Commission on Radiological Protection) 호흡기계 침착

율 (ICRP deposition fraction) 함수를 이용하였다. 이 논문에서 노출평가에 사용된 식은 다음과

같다.

∙

- 76 -

여기서, Cinhal : the number concentration of nanosized aerosol during application of spray amountaspray : the spray amount reported in literature [g], 예, antiperspirant 4g, Shoe impregnation spray,

남자 18.48 g, 여자 12.65 g, m, n are the regression coefficients.이식은 실제 사용량을 하지 않고 본 실험에서 사용한 양 대신 기준 문헌의 조사 사용량을 본 연구에서 실험한 자료에 외삽(extrapolation)하여 사용하였음

∙ ∙∙∙

여기서,

Ej_region : the nanosized aerosol deposition of SMPS size fraction j, in either the alveolar, tracheobronchial, or nasal region [#],

Cinhalj_region the number concentration of ENP size fraction in aerosol, based on analysis by SMPS [#/cm3],

rdepj region : the deposition fraction of respective ENP size fraction accordingto ICRP model, not gender specific [-], Fresp the respirable fraction of nanosized aerosol [-], IHair the inhalation rate of female or male consumer [cm3/min], tcontact is the exposure time per application event [min].

위 식에 의하여 도출된 크기 SMPS의 각 크기별 농도를 다음 식을 적용하여 각 부위별 (비강부위,

기관지계부위, 폐포부위) 침착량을 계산하였다.

여기서

Edep_region : the nanosized aerosol deposition in the alveolar, tracheobronchial, or nasal region, respectively [#],

j : SMPS size-fraction.

위 식에 의해 호흡기계에 침착된 양을 폐포 부위, 기관지계, 비강부위로 구분하여 남녀별로

입자 수 농도로 제시하였다. 이를 그래프로 그림 3-2와 같다.

- 77 -

Fig. 3-2. 남녀별 스프레이 제품에 대한 노출 침착량(Lorenz

et al., 2011).

(2) 호흡기계 부위별 질량농도 침착량 계산

생활화학 제품 중 입자의 수 농도로 호흡기계 부위별 침착량을 계산한 것이 위의 논문이었다면

수 농도 대신 입자상 물질의 밀도를 이용하여 질량으로 환산, 호흡기계 부위별 질량농도 침착량을

추정한 것이 Nazaenko 등의 연구들이다2)3). Nazaenko 등은 2012년에 파우더형 화장품, 2014년에는

소비자 스프레이 제품의 나노 입자의 침착량을 평가했는데 전자는 입자 자체가 크고, 브러쉬 등으로

피부에 사용할 때 노출되는 양을, 후자는 나노물질이 표시된 압축분사형 스프레이 제품과 비 표시

제품의 수동분무형 제품에 대해 평가한 것이다. 이들에 사용한 방법론은 동일하다.

이들이 제시한 방법론에서 특이적인 점은, 첫째 흡입량(Inhaled Dose)와 침착량(Deposited Dose)

을 구분한 것인데 흡입량은 호흡기계의 침착율을 고려하지 않고, 공기 중 나노물질의 농도, 호흡률,

노출시간 등을 고려한 것이고, 침착량은 ICRP의 호흡기계 침착율을 고려한 것으로 그 적용방법은

Lorenz et al. (2011)의 방법과 비슷하다. 둘째는 입자 수 농도 대신 질량농도를 사용했는데, 이는

입자의 밀도를 1로 가정하여 SMPS로 측정한 입자의 수 농도를 질량농도로 환산한 것이다. 이 방법은

본 연구에서의 압축분사형 스프레이 제품에 응용이 가능하다. 흡입량과 침착량 수식은 다음과

같다.

(가) 흡입량(Inhaled Dose)

∙∙∙

ID : inhaled aerosol dose per exposure event (in this study – a 1 minute long consumer spray

2) Nazarenkoy Y., Zhen H., Han T., Lioy PJ., Mainelis G., (2012) Nanomaterial inhalation exposure from nanotechnologybased cosmetic powders: a quantitative assessment. J Nanopart Res (2012) 14:1229 DOI 10.1007/s11051-012-1229-2

3) Nazarenkoy Y., Lioy PJ., Mainelis G., (2014) Quantitative assessment of inhalation exposure and deposited dose of aerosol from nanotechnology-based consumer sprays. Environ. Sci.: Nano, 1: 161–171

- 78 -

application), ng/kg bw/application;Cinh : aerosol mass concentration in inhaled air, ng/L;Qinh : inhalation flow rate corresponding to a given gender/activity scenario, L/min;Tcontact : duration of an exposure event, min;Bw : body weight of a hypothetical exposed person, kg;fnano : mass fraction of nanomaterial(s) in the inhaled aerosol.

(나) 침착량(Deposited dose)

∙

여기서,

i : head airways, tracheobronchial region, alveolar region, or the entire respiratory systemDDi : deposited dose in i, ng/kg bw/application;DFi : deposition fraction of inhaled aerosol for i;ID : inhaled aerosol dose during an exposure event, ng/kg bw/application;dp : midpoint aerosol particle size of a given aerosol measurement size channel of SMPS/APS.DFi : calculated using the equations developed by Hinds (1999) to fit the ICRP (International

Commission on Radiological Protection 1994) model for monodisperse spheres of standard density at standard conditions, modified to exclude IF because sampling through the mannequin head was assumed to account for it:

exp ln

exp ln

exp ln exp ln

exp ln exp ln

exp ln

exp ln

여기서,

DFHA : deposition fraction of inhaled aerosol in the head airways;DFTB : deposition fraction of inhaled aerosol in the tracheobronchial region;DFAL : deposition fraction of inhaled aerosol in the alveolar region;DFT : total deposition fraction of inhaled aerosol, equal to the sum of DFHA, DFTB and DFAL.

- 79 -

2. 나노물질에 맞는 보완 알고리즘 제안

가. 노출 시나리오 및 알고리즘 제안

위에서 여러 가지 노출알고리즘에 적절한 식을 검토하였고, 이들의 장단점 및 생활화학제품의

나노물질 노출에 적용가능한지도 언급하였다. 알고리즘에 따른 수식이 간단하면 간편한 장점이

있으나 그만큼 불확실성이나 해당 노출의 특성을 반영하지 못한다. 노출알고리즘이 복잡하면 그

계산이 복잡하나 좀 더 노출을 정확히 추정할 수 있다. 위에서 검토한 어떤 알고리즘이든 흡입노출을

추정하는 기본 개념은 비슷하나 실제 생활화학제품의 나노물질 노출에 그대로 적용하기에는 마지막

두 논문에서 제안한 방법이 적합하다고 판단된다.

따라서 생활화학제품 중 나노물질 노출량 평가에서는 국립환경과학원의 규정에 나와 있는 노출

알고리즘이 기본 개념을 주는 것이기는 하나 실제 평가에 사용하기는 부적절하여 외국 논문에

나와 있는 방법을 제안한다. 단, 위에서 언급했듯이 Lorenz 등의 방법과 Nazarenko 방법이 동일한

방법론을 취하고 있으나 전자는 수 농도, 후자는 질량농도로 침착량을 제시하고 있고 후자는 흡입량

과 호흡기계 침착량을 함께 제시하고 있다.

본 연구에서는 실험과 문헌고찰을 토대로 생활화학제품의 나노물질의 일차적 노출 경로는 흡입

이며, 흡입으로 인한 알고리즘을 다음과 같이 두 가지로 제안한다.

(1) 흡입량 (Inhaled Dose)

∙∙∙

여기서,

ID : 흡입노출량((ng/kg/day or 입자수/kg/day)fnano : 질량 또는 수농도로 표시된 나노물질의 공기중 함량비율, 즉 전체 농도중 원하는 나노입자의 분

율, 특별한 언급이 없으면 1로 간주함. 특별한 크기 범위의 흡입량을 계산하려면 이 계수를 변동시키기 보다는 Cinh의 농도를 해당 크기범위에서의 농도로 하면 됨

Cinh : 노출 기간중 흡입 공기중 나노물질의 평균 질량 농도 또는 수농도, ng/L or #/L; Qinh : 남녀 성별 및 활동에 따른 호흡량 , L/min;Tcontact : 나노물질 분사로 인한 노출시간, min; (Tcontact = t xn)으로 계산할 수 있음. t : 일회당 노출시간 (hr/event). 생활화학용품의 사용으로 인한 1회당 노출시간n : 하루 동안의 사용 횟수. 예를 들어 스프레이제품인 경우 하루중의 스프레이 횟수Bw : 체중 (Kg)

(2) 호흡기 부위별 침착량 (Deposited dose)

∙ 여기서, i : 비강 부위(Nasal region or Head airway region), 흉곽부위(Tracheobronchial region or Thoracic

region), 폐포 부위(alveolar region, gas exchange region), 또는 호흡기계 전체

- 80 -

DDi : I 부위의 침착량, ng/kg bw/day or 입자수/kg/dayDFi : deposition fraction of inhaled aerosol for i;ID : 노출기간 동안의 입자 흡입량(inhaled aerosol dose) ng/kg bw/day or 입자수/kg/daydp : 실시간 측정기 (예,SMPS/APS)로 측정했을 때 특정 크기를 측정하는 채널에서의 입자크기

대표치(측정범위의 중간 값(midpoint aerosol particle size of a given aerosol measurement size channel of SMPS/APS).

DFi : 입자 크기별 폐 침착 분율(the ICRP (International Commission on Radiological Protection 1994) 모델에 맞게 Hind등이 고안한 함수식(아래) 사용4)5).

exp ln

exp ln

exp ln exp ln

exp ln exp ln

exp ln

exp ln

여기서,

DFHA : 흡입입자량 중 머리부위(비강부위) 침착분율(deposition fraction of inhaled aerosol in the head airways)

DFTB : 흡입입자량 중 기관지부위 침착분율(deposition fraction of inhaled aerosol in the tracheobronchial region)

DFAL : 흡입입자량 중 폐포 부위 침착분율(deposition fraction of inhaled aerosol in the alveolar region)DFT : 흡입입자량 중 총 호흡기계 총 침착량으로 DFHA, DFTB and DFAL의 합과 같음(total

deposition fraction of inhaled aerosol, equal to the sum of DFHA, DFTB and DFAL).

3. 노출계수

생활화학제품의 사용으로 인한 나노물질의 흡입량을 추정하는데 필요한 노출계수는 문헌고찰을

통해 국내·외 여러 노출계수를 비교하였거니와 실제로 본 연구에서 작성한 노출시나리오 작성에는

기본적으로 국립환경과학원고시(위해우려제품 위해성 평가의 대상 및 방법 등에 대한 규정. 국립환

경과학원 고시 제 2014-50호, 시행 2015.1.1.일)에서 제시하는 것과 환경부에서 제시하는 노출계수

핸드북 자료에서 제시하는 노출 계수를 반영하였다. 본 연구에서 흡입노출시나리오 작성을 위해

사용된 노출계수는 다음과 같다.

4) Hinds WC. 1999. Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. 2, illustrated ed. New York, NY: John

Wiley & Sons, Inc. 5) International Commission on Radiological Protection. 1994. Human Respiratory Tract Model for Radiological Protection. ICRP Publication 66.

Ann ICRP 24(1-3).

- 81 -

가. 공기 중 노출 농도

생활화학제품 중 흡입노출을 파악하기 위하여 공기 중 노출농도를 우선 산정하여야 한다. 일반적인

방법은 직접 측정하는 방법과 모델식을 이용하여 추정하는 방법으로 구분할 수 있다.

(1) 공기 중 농도 측정 방법

공기 중 농도를 직접 측정하는 방법은 정확한 방법이나 매번 실험을 수행해야 하며, 해당 제품의

해당 실험조건에서만 만족한다. 공기 중 노출은 실제 사용조건에서 하는 것은 어려우므로 대개

실험실 조건에서 일정한 노출 체임버에 공기교환횟수, 온습도 등을 통제하여 실험하는 것이 보통이

다. 본 연구에서도 이 방법을 이용한 방법과 아래 추정식을 이용한 방법을 모두 적용하여 결과를

비교하였다. 측정방법은 본 연구 방법론에 상술하였고 결과는 연구 결과에 제시하였다.

(2) 공기 중 농도 추정방법 (시나리오에 따른 노출 알고리즘)

공기 중 농도를 추정하는 방법은 생활화학제품을 사용했을 때 공기 중 입자에 함유된 성분(예,

중금속)에 따라 일반 공기와는 달리 밀도 등 특성이 달라질 수 있어 실제 측정치를 활용한 추정

농도가 달라질 수 있다. 공기 중 농도는 SMPS와 OPS를 이용하여 측정된 입자 수(11–10,000 nm

범위)와 MIM 소프트웨어 상 밀도 보정을 통해 해당 입자 수 농도에 대한 중량 농도와 표면적 농도로

환산하여 추정 가능하다. 밀도 보정은 해당 제품 내 함유된 중금속 비율에 따라 해당 중금속에

대한 밀도를 이용해야 하나 본 연구에서는 일반 공기 중 밀도 1.2 g/cm3를 이용하여 보정하였다.

입자 수 농도에 대한 중량 및 표면적 농도 변환식은 아래와 같다.

① 중량 농도 (dM/dlogDp)

× ×

② 표면적 농도 (dS/dlogDp)

×

Dp : 측정기기 입자 채널의 대표 값 (예, 10-13.3 nm channel의 Dp는 (10×13.3)1/2=11.5 nm)ρ : 공기(입자)의 밀도

따라서 위와 같은 변환 식으로 실제 입자 수 농도 측정치를 이용하여 입자 중량농도 및 표

면적 농도를 모두 추정 가능하며, 각 농도 값과 제품의 사용시간, 사용횟수, 사용량 등 노출

계수를 이용하여 노출 시나리오 작성이 가능하며, 일일 흡입량과 호흡기 부위별 침착량 등 인

체 노출량 산정도 가능하다.

나. 체중

노출 시나리오 작성에서 체중 항목은 아래 국립환경과학원 고시에서 제시하는 우리나라 성인

전체의 평균 체중인 64.2 kg을 적용하였다.

- 82 -

구분 N 평균 표준편차 5th 10th 25th 50th 75th 90th 95th

전체 30600 64.2 0.1 47.2 49.8 55.3 63.0 71.6 80.0 85.3

남자 13,177 70.6 0.1 54.2 57.4 63.0 69.7 76.8 84.6 90.2

여자 17,423 57.8 0.1 45.0 47.4 51.4 56.5 62.8 69.4 74.0

Table 3-10. 우리나라 성인 남녀의 분위수 별 체중(kg, 국립환경과학원 고시 제2014-50호)

다. 호흡량

노출 시나리오 작성에서 호흡량은 국립환경과학원 고시에서 제시하는 우리나라 성인 전체의

평균 호흡량인 14.3 m3/day을 L/min 단위로 환산하여 적용하였다.

구분 평균 표준편차

성인 남자 15.7 1.2

성인 여자 12.8 0.9

성인 전체 평균 14.3

Table 3-11. 우리나라 성인 남녀의 호흡량 (m3/day, 국립환경과학원 고시 제2014-50호)

라. 제품군별 노출계수

노출 시나리오 작성은 각 제품군 또는 제품군별 노출계수를 일(day) 단위로 환산하여 적용하였다.

제품군별 노출계수는 각 제품의 형태에 따라 주로 사용하는 장소, 사용횟수와 시간 등 정보가 제시되

어 있어 하루 노출량 추정이 가능하다. 본 연구에서는 국립환경과학원 고시에서 제시하는 노출계수

(표 3-12)와 환경부의 노출계수 핸드북에서 제시하는 해당 장소에서의 머무름 시간을 이용하여

노출시나리오 작성에 반영하였다(표 3-13).

제

품

군

제

품제품형태

노출

계수

산술

평균

표준

편차

백분위수

5th 50th 75th 95th

세정제

화장실 세정제

분사형(스프레이)

사용횟수 (회/주)

2.52 2.19 0.25 2.00 3.00 7.00

사용시간 (분/회)

11.41 8.38 1.00 10.00 20.00 30.00

유리세정제

분사형(스프레이)

사용횟수 (회/월)

3.69 5.10 1.00 2.00 4.00 12.00

사용시간 (분/회)

6.61 3.79 0.50 5.00 10.00 10.00

오븐용 분사형 사용횟수 0.22 0.47 0.01 0.07 0.14 1.00

Table 3-12. 제품군 및 제품형태에 따른 노출계수(국립환경과학원 고시 제2014-50호)

- 83 -

제

품

군

제

품제품형태

노출

계수

산술

평균

표준

편차

백분위수

5th 50th 75th 95th

세정제 (스프레이)

(회/월)

사용시간 (분/회)

9.90 11.31 0.17 5.77 11.00 30.33

렌지후드용

세정제

분사형(스프레이)

사용횟수 (회/월)

0.10 0.29 0.01 0.03 0.07 0.29

사용시간 (분/회)

12.84 13.66 0.50 10.17 16.00 40.00

분사형 (수동분무)사용량 (g/sec)

1.80 0.38 1.27 1.80 2.14 2.25

분사형(압축분사)사용량 (g/sec)

2.77 1.77 1.38 2.17 2.57 5.83

접착제분사형

(스프레이)

사용횟수 (회/일)

0.21 0.75 0.00 0.03 0.14 1.00

사용시간 (분/회)

11.58 16.34 0.17 10.00 10.00 40.00

사용량 (g/sec)

1.54 0.19 1.36 1.62 1.65 1.67

광택제 자동차 실내용

사용횟수 (회/일)

0.17 0.70 0.00 0.03 0.14 0.29

사용시간 (분/회)

23.25 20.29 3.00 20.00 30.00 60.00

사용량 (g/회)

33.00 25.00 8.60 25.70 44.90 73.70

방향제/탈취제

방향제/탈취제

분사형 (수동분무)

사용횟수 (회/일)

1.26 1.31 0.14 1.00 2.00 3.00

1회 사용 시간 (초)

8.69 11.04 1.00 5.00 10.00 30.00

사용량 (g/sec)

0.69 0.58 0.11 0.51 1.02 1.61

분사형(스프레이)

사용횟수 (회/일)

1.06 1.34 0.13 1.00 1.00 3.00

1회 분사시간 (초)

6.80 8.38 1.00 5.00 10.00 20.00

사용량 (g/sec)

0.77 0.29 0.5 0.84 0.93 1.00

섬유탈취제

분사형(스프레이)

사용횟수 (회/일)

2.67 2.93 0.25 2.00 3.00 7.00

사용시간 (분/회)

1.22 1.22 0.08 1.00 2.00 3.30

사용량 (g/회)

3.52 2.17 0.84 3.36 4.20 8.40

- 84 -

인구학적

특성

실내장소

N 집 방

침실 공부방침실

아닌 방부엌 거실,복도 식당

욕실,

화장실

창고,

세탁실

베란다,

발코니,

다용도실

지하실 주차장기타

실내

성별

남자 1,013 714.0 526.1 434.5 40.1 51.5 14.2 107.3 21.3 33.8 0.6 2.5 0.0 1.1 7.1

여자 967 926.1 584.0 445.9 44.6 93.5 79.7 170.8 24.1 46.3 5.8 6.3 0.2 0.3 8.6

연령

18~ 24 270 844.6 659.9 469.0 94.1 96.7 22.8 93.4 15.2 38.9 1.5 4.0 0.0 0.0 8.9

25~ 34 466 769.8 558.6 437.7 47.1 73.8 34.5 113.6 13.5 41.7 1.9 2.0 0.0 0.4 3.6

35~ 44 480 795.2 525.7 427.4 34.3 64.0 52.3 140.5 22.7 39.5 2.4 3.5 0.1 0.5 8.0

45~ 54 435 812.4 514.9 423.8 30.4 60.7 52.1 158.7 26.6 39.8 5.0 5.8 0.1 1.4 7.8

55~ 64 285 880.4 549.4 454.7 18.2 76.6 64.7 168.1 32.9 39.1 5.1 7.8 0.1 0.8 12.5

65이상 44 1045.2 595.7 490.2 35.9 69.5 68.4 257.5 56.6 38.2 3.2 3.6 2.3 3.2 14.5

계절

봄 934 814.4 558.4 443.9 40.6 73.9 46.4 133.4 23.2 38.5 2.6 3.2 0.1 0.5 8.0

여름 1,046 820.4 550.7 436.6 43.9 70.2 46.0 142.8 22.1 41.2 3.6 5.4 0.1 0.9 7.6

지역1

서울 958 809.6 551.1 435.1 43.9 72.1 46.0 131.5 22.1 42.2 3.3 4.8 0.2 0.7 7.7

광역시도 1022 825.0 557.4 444.6 40.9 71.9 46.4 144.7 23.1 37.8 3.0 3.9 0.1 0.7 7.9

지역2

대도시 958 809.6 551.1 435.1 43.9 72.1 46.0 131.5 22.1 42.2 3.3 4.8 0.2 0.7 7.7

중소도시 797 822.0 550.2 439.0 41.7 69.4 45.8 149.7 22.9 38.8 2.6 3.8 0.1 0.7 7.5

읍면 225 835.5 582.9 464.6 37.9 80.4 48.1 127.3 23.8 34.2 4.7 4.0 0.1 0.9 9.4

소득수준

100만미만 288 846.0 875.5 443.2 49.5 81.7 58.8 133.7 23.6 38.1 1.7 3.9 0.3 0.5 10.8

200만미만 318 864.1 619.2 470.4 49.1 99.7 46.8 124.0 18.3 39.6 3.4 4.9 0.0 0.4 7.4

300만미만 447 808.7 544.3 437.3 41.5 65.6 46.6 137.1 23.6 39.6 3.0 3.6 0.2 0.8 9.9

300만이상 927 797.1 530.6 430.0 38.2 62.5 41.9 145.3 23.4 40.7 3.6 4.6 0.1 0.8 6.0

교육수준

초·중졸 74 899.9 545.8 464.2 18.8 62.8 74.5 185.9 29.2 36.5 3.8 4.9 0.7 0.0 18.6

고졸 588 883.8 586.1 456.5 38.9 90.7 62.9 150.9 20.7 41.3 5.6 6.4 0.2 0.6 9.1

대졸 1,116 789.5 543.7 434.5 43.0 66.3 40.0 130.9 21.7 40.3 2.0 3.8 0.0 0.8 6.2

대학원이상 202 749.6 523.4 414.3 57.3 51.9 21.4 125.5 31.1 34.7 2.3 1.4 0.3 0.6 8.8

전체 1,980 817.6 554.3 440.0 42.3 72.0 46.2 138.3 22.7 39.9 3.1 4.3 0.1 0.7 7.8

Table 3-13. 실내 세부장소별 머무름 시간(분/일, 환경부 노출계수 핸드북)

- 85 -

3절. 흡입가능 나노제품의 공기 중 거동 특성

1. 나노제품에 함유된 나노물질의 특성

가. 입도분석

스프레이 제품 분사에 의한 공기 중 입자의 거동 평가에 앞서 제품 원액에 함유된 나노물질의 특성을

입도분석, ICP-MS를 이용한 중금속 성분 분석, 전자현미경을 이용한 크기 및 형태, 성분 분석을 실시하였

다. 먼저, 입도분석을 통해 제품 액상에 함유된 입자의 크기 분포를 측정한 결과 제품별로 상이한

결과를 보였다. 제품의 분사형태와 관계없이 Ag가 함유된 K 제품을 제외한 모든 압축분사형과 수동분무

형 제품에서 단봉형(unimodal)분포를 보이거나 양봉형(bimodal) 분포 형태를 나타내었으며, 분사형태

또는 용매종류와 무관하게 공통된 특성을 보이지 않았다(표 3-14). 압축분사형 제품에 함유된 입자의

5-95 %tille 직경은 153-3,581 nm를 보였으며, 수동분무형 제품은 94-3,507 nm 로 제품에 함유되어

존재할 경우 응집형태로 존재할 가능성이 있다.

Spraying type Product Material Distribution D5-95 (nm) D50 (nm)

Propellant

A AgNP Bimodal 191-6,936 370

B AgNP Bimodal 238-1,695 472

C Fluoropolymer Unimodal 143-475 258

D AgNP Unimodal 163-534 295

E AgNP Bimodal 63-1,200 6,365

F - Unimodal 195-639 353

G AgNP Bimodal 177-10,075 5,325

H - Bimodal 52-7,090 89

Subtotal - - 153-3,581 1,690

Trigger

I TiO2 Unimodal 118-388 214

J AgNP Bimodal 240-12,300 6,365

K AgNP Trimodal 11.5-1,170 1,636

L - Bimodal 7-173 13

Subtotal - - 94-3,507 2,742

Total - - 123-3,544 2,216

Table 3-14. 제품 원액의 입도분석 결과 요약

- 86 -

Fig 3-3. 제품에 함유된 입자의 분포(상: modal 분포(제품 D), 중: bimodal 분포

(제품 E)).

나. 중금속 분석(ICP-MS) 및 전자현미경 분석 결과

본 실험은 제품에 함유된 물질의 특성을 확인하기 위해 압축분사형 제품 3종 및 수동분무

형 제품 2종을 선정하여 ICP-MS를 이용한 중금속 성분과 전자현미경 분석을 실시하였다. 제

품의 용기 표면에 나노입자 함유 표기가 되어있거나, 판매 광고를 하는 제품의 경우 제조사에

서 제공하는 MSDS 상 성분을 확인하였다. 대상 제품 중 용기 표면 또는 광고에 AgNP 함유가

표기되어 있는 제품 4종 중 ICP-MS 분석결과 검출된 제품은 2개 제품(제품 A, D)으로, 이 중

MSDS 상 AgNP가 함유되었다고 명시된 D 제품이 가장 높은 농도를 보였다. 그러나 표 3-15

에 나타낸 바와 같이 AgNP가 함유된 제품 중 AgNP는 검출한계 미만이거나 소량 검출되었으

며, 해당 나노물질 외에 Mg, Fe, Sn 등 다른 원소들도 검출되었는데, 이는 해당 제품의 용매

나 용기 성분에 기인한 것으로 판단된다. 한편, 전자현미경 분석을 통해 제품에 함유된 입자

의 형태와 크기, 응집유무와 EDX 성분분석을 확인하였다. AgNP가 함유된 물질은 모두 구형

을 띄고 있었으며, D 제품을 제외한 A, G, K 제품은 단일 입자가 모여 응집체를 형성하였다.

단일 입자의 크기는 약 100 nm 이하의 나노크기로 존재하였으며 이들이 서로 응집되어 100

nm 이상의 큰 응집체를 이루고 있었으며, EDX 성분 분석 결과 모든 AgNP 함유제품에서

AgNP 함유를 확인하였다.

제품 표기 상 TiO2가 함유된 I 제품은 MSDS상 성분에도 TiO2 3% 이상이 함유되어있다고

- 87 -

표기되어 있었으며, ICP-MS 분석결과에서도 Ti를 비롯하여 Cu와 Zn를 확인하였다. 전자현미

경 분석 결과 단독 입자로는 18-188 nm 크기의 막대모양을, 응집체로써 500 nm의 상대적으

로 큰 입자 크기를 형성하고 있었으며, EDX 성분분석결과에서도 해당 나노물질인 Ti를 확인

하였다.

특정 나노물질이 표기되지 않고 나노 관련 문구만 표기되어 있는 두 제품(제품 H, L)의 경

우 ICP-MS 분석결과 Mg, Mn, Zn, Fe, Cu 등이 검출되었다. 전자현미경 분석 결과 H 제품은

단일 입자일 때에도 100 nm 이상의 구형 입자를, 응집체는 약 600 nm 크기를 형성하고 있었

으며, L 제품의 경우 구형 입자들이 응집체를 이루고 있음을 확인하였으나 기기 상 입자 크

기를 분별할 수 없었다. EDX 성분 분석결과에서는 H 제품이 Ti, Mo, L 제품에서 Mg, Na, Ca,

S가 검출되어 ICP-MS 분석결과와 일치하지 않았다.

- 88 -

*공기 중 분석결과는 분사 중에 측정한 결과를 LOD 이상 검출된 원소만 기입함.

Product TypeSpray type

함유물질 Labelling componentMSDS 성분

ICP-MS 분석결과*

전자현미경

형상응집형태

입자크기

주요원소

A 탈취제 Propellant Ag 살균제/계면활성제 -Mg, Zn,

Ti/Ag구형 응집

15-29 nm(단일) / 약 100

nm(응집체)Ag

D 탈취제 Propellant Ag 광촉매Ag

1-10 %

Ti, Zn,

Sn/Ag구형 단독 78 nm Ag

G 방향제 Propellant Ag

Fragnance oil/ Denat

alcohol/Natural lasting

oil/Essence oil

-Sn, Fe,

Mg구형 응집

17-39 nm (단일) / 149-183

nm (응집체)Ag

I 탈취제 Trigger TiO2 -TiO2

>3%

Ti, Cu,

ZnRod 응집

18-188 nm (단독) / 약 500

nm (응집체)Ti, Ag

K 방향제 Trigger Ag식물성소취제/증류수/천연향료

-Mg, Fe,

Al구형 응집

85-102 nm (단일) /

170-297 nm (응집체)Ti

H 코팅제 PropellantNo

labelling

미네랄 오일/

산화방지제/파라핀/

나프텐하이드로카본/

나노프로텍포뮬라/

탄화수소 압축가스

-Mg, Mn,

Zn구형 응집

245-290nm (단일) /

612-660 nm (응집체)Ti, Mo

L 코팅제 TriggerNo

labelling- -

Mg, Fe,

Cu구형 응집 측정 불가

Mg, Na,

Ca, S

Table 3-15. 제품 원액의 ICP-MS 및 전자현미경 분석결과 요약

- 89 -

그림 3-4와 3-5는 위 7종 제품 중 압축분사형 및 수동분무형 제품 각 1종에 대한 전자현미

경 분석결과를 나타낸 것이다. AgNP를 함유한 제품 G를 SEM 50,000 배율로 분석했을 때 매

우 작은 입자들이 응집되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 이를 150,000 배율로 확대하여 입자

크기를 측정한 결과 개별 입자는 100 nm 이하의 크기를 보였고 이들이 응집되어 약 150-200

nm의 응집체를 형성하였다. 또한 아래 그래프는 EDX 성분분석 결과를 나타낸 것으로

ICP-MS 성분분석 결과 및 제품 표기 상 나노물질인 AgNP를 확인하였다.

× 50,000 × 150,000

EDX 성분 분석결과

Fig 3-4. 압축분사형 G 제품 원액의 전자현미경 분석 결과.

TiO2를 함유한 제품 I는 SEM 50,000 배율에서 가느다란 막대 형태의 단일 입자와 이들이

응집체를 형성하고 있음을 확인하였다. 이를 150,000 배율로 확대하여 개별 입자 크기를 측정

한 결과 개별 입자는 폭 100 nm 이하, 길이는 100 nm 이상의 입자 크기를 확인할 수 있었으

며, 약 500 nm 크기로 응집체를 형성하였다. EDX 성분 분석결과 제품 내 함유 나노물질인 Ti

성분이 검출되어 ICP-MS 성분 분석결과 및 제품 표기상 물질과도 일치하였다.

- 90 -

× 50,000 × 150,000

EDX 성분 분석결과

Fig 3-5. 수동분무형 I 제품 원액의 전자현미경 분석 결과.

2. 소형 체임버 실험

가. 입자 수 농도

소형체임버를 이용한 예비실험에서는 스프레이 제품의 분사 전, 중, 후의 입자의 거동을 평

가하였고, 공기 중 입자를 채취하여 전자현미경 분석을 실시함으로써 제품으로부터 공기 중으

로 분사된 나노입자의 존재유무를 확인하였다.

그림 3-6은 SMPS를 이용하여 예비실험 대상 제품의 분사 전, 중, 후의 입자 수 농도 차이

를 나타낸 것이다. 제품을 분사할 때 농도가 급격히 증가하였고, 밀폐형 소형체임버의 특성

상 분사 후에도 일부 제품의 경우 높은 수준을 유지하였다. 모든 제품의 분사실험 결과 100

nm를 전후한 크기 범위에서 입자 수 농도가 많이 분포되어 있어 나노크기의 입자가 발생함

을 우선적으로 확인하였다. 특히, 압축분사형 제품(Pre-A, C, E)의 경우 수동분무형 제품

(Pre-B, D)에 비해 분사 후 입자 수 농도가 급격히 증가하였으며, 분사 후에도 상당 시간 체

임버 내에 입자가 잔류하는 형태를 보였다. 수동분무형의 분사 후 입자 수 농도가 압축분사형

에 비해 낮은 이유는 큰 입자가 분사되어 대부분의 입자가 바닥으로 침강되는 것에 기인한

것으로 보인다. 따라서 압축분사형 제품과 수동분무형 제품 간의 분사 전·후의 입자 수 농도

분포 특성이 뚜렷하게 차이가 나는 것을 예비실험을 통해 확인하였다.

- 91 -

Particle size (nm)0 100 200 300 400

Num

ber c

onc.

(par

ticle

s/cc

)

0

5000

10000

15000

20000

Pre-sprayingSprayingPost-spraying

Particle size (nm)0 100 200 300 400

Num

ber c

onc.

(par

ticle

s/cc

)

0

1000

2000

3000

4000

5000

Pre-sprayingSprayingPost-spraying

(a) Pre-A (b) Pre-B

Particle size (nm)0 100 200 300 400

Num

ber c

onc.

(par

ticle

s/cc

)

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

Pre-sprayingSprayingPost-spraying

Particle size (nm)0 100 200 300 400

Num

ber c

onc.

(par

ticle

s/cc

)

0

5000

10000

15000

20000

Pre-sprayingSprayingPost-spraying

(c) Pre-C (d) Pre-D

Particle size (nm)0 100 200 300 400

Num

ber c

onc.

(par

ticle

s/cc

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

Pre-sprayingSprayingPost-spraying

(e) Pre-E

Fig 3-6. 예비실험 제품의 분사 전, 중, 후의 입자 수 농도 변화.

- 92 -

× 500 × 5,000

EDX 성분분석 결과

Fig 3-7. Pre-B제품(수동분무형)의 전자현미경 분석 결과.

- 93 -

× 500 × 5,000

EDX 성분분석 결과

Fig 3-8. Pre-C제품(압축분사형)의 전자현미경 분석 결과.

3. 노출 체임버 실험

가. 가열 및 흡착관 실험

(1) 수분 및 용매 제거에 의한 입자 수 농도 변화

본 실험에서는 Thermodesorber 장착에 따른 측정 입자 수 농도 차이를 비교하였다. 특히,

유기용매가 사용된 제품과 물이 용매로 사용된 제품을 각 1종을 선정하여 용매의 종류에 따

른 Thermodesorber의 제거율을 비교하였으며 표 3-16에 요약하였다.

그림 3-9는 Thermodesorber 장착여부에 따른 입자 수 농도 차이를 비교한 것이다. 상단의

그림은 압축분사형 제품(제품 D)에 대한 입자 수 농도를, 하단은 수동분무형 제품에 대한 입

자 수 농도를 비교한 것이다. 제품군에 관계없이 Thermodesorber 장착으로 인해 입자 수 농

도가 감소되는 형태를 보였다. 입자 수 농도는 약 150 nm 이하의 크기에서 Thermodesorber

의 영향을 많이 받았는데, 수분과 용매 제거를 위한 장치가 없는 SMPS의 입자 수 농도가 가

장 높은 농도를 보였고, 다음으로 가열관과 흡착관을 장착한 SMPS, 가열관 및 흡착관, 실리카

겔관을 모두 장착한 SMPS 순으로 입자 수 농도가 감소하였다.

Thermodesorber를 장착하지 않은 SMPS 측정값을 100%로 가정하여 Thermodesorber를 장

착한 SMPS로 측정값을 비교함으로써 수분과 용매의 제거율을 평가하였다(그림 3-10). 유기용

매를 용매로 사용한 압축분사형 제품은 가열관과 흡착관, 실리카겔관이 모두 연결된

Thermodesorber의 제거율이 가열관과 흡착관을 연결한 Thermodesorber에 비해 100 nm 이하

- 94 -

에서 약 15% 높았다. 반면 100-420 nm의 비교적 큰 입자에서는 가열관과 흡착관을 장착한

Thermodesorber에 의한 제거율의 큰 차이는 없었다.

한편, 물을 용매로 사용하는 수동분무형 제품(제품 J)의 경우 분사 되는 입자 수와 농도 변

화가 압축분사형에 비해 적어 상대적으로 Thermodesorber에 의한 제거율이 높게 나타났다.

100 nm 이하에서는 가열관, 흡착관 및 실리카겔관이 연결된 Thermodesorber의 효율이 약

10% 높았으나, 이보다 큰 100-420 nm 크기에서는 효율이 떨어졌다. 이는 수동분무형의 경우

분사되는 입자의 크기가 SMPS에서 측정 가능한 범위보다 큰 것에 기인할 수 있다.

- 95 -

Sprayingtype

(Product)Solvent

Number concentration(particles/cc)

None Thermo+Charcoal Thermo+Charcoal+Silica gel

< 100 nm 100-420 nm Total < 100 nm 100-420 nm Total < 100 nm 100-420 nm Total

Propellant(제품 D)

Ethanol

Mean±SD 11,627.00±6,484.54

1,690.12±843.29

13,317.12±7,319.66

9,962.62±5,394.06

1,318.32±500.97

11,280.94±5894.51

8,295.88±4,509.27

1,200.85±490.52

9,496.73±4,999.79

GM(GSD)

10,281.97(1.88)

1,551.28(1.67)

11,844.72(1.85)

8,860.22(1.86)

1,252.43(1.49)

10,132.15(1.81)

7,406.28(1.83)

1,131.16(1.54)

8,547.57(1.79)

Efficiency(%) - - - 14.3 22.0 15.3 28.7 28.9 28.7

Trigger(제품 I)

Water

Mean±SD 616.56±172.05

143.05±5.33

759.62±169.82

347.99±58.23

142.98±9.74

490.97±67.98

281.83±42.71

136.64±16.74

418.47±59.14

GM(GSD)

601.39(1.31)

142.99(1.04)

747.6(1.24)

344.52(1.19)

142.75(1.07)

487.67(1.16)

279.53(1.17)

135.93(1.13)

415.52(1.16)

Efficiency(%) - - - 43.6 0.1 35.4 54.3 4.5 44.9

Table 3-16. Thermodesorber 장착여부에 따른 SMPS 자료 요약

- 96 -

Particle size (nm)0 100 200 300 400

Numb

er co

ncen

tratio

n (pa

rticle

s/cc)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000NoneThermo+CharcoalThermo+Charcoal+Silica gel

Particle size (nm)0 100 200 300 400

Numb

er co

ncen

tratio

n (pa

rticle

s/cc)

0

20

40

60

80

100

120NoneThermo+CharcoalThermo+Charcoal+Silica gel

Fig 3-9. Thermodesorber 장착여부에 따른 입자크기 별 수 농도 비교(상:

압축분사형, 하: 수동분무형).

- 97 -

< 100 nm 100-420 nm TOTAL

Eff

icie

ncy

(%)

0

10

20

30

40

50

60

Thermo + CharcoalThermo + Charcoal +Silica gel

< 100 nm 100-420 nm TOTAL

Eff

icie

ncy

(%)

0

10

20

30

40

50

60

Thermo + CharcoalThermo + Charcoal +Silica gel

Fig 3-10. Thermodesorber에 의한 수분 및 용매 제거 효율 비교(좌: 압축분사형, 우: 수동분

무형).

(2) 가열관 및 흡착관에 의한 용매 제거율

Thermodesorber 장착 여부에 따라 SMPS 공기 흡입구에서 검출된 용매의 농도를 비교하였

다. 유기용매를 용매로 사용하는 압축분사형 제품 1종과 수동분무형 제품 1종을 각각 선정하

여 Thermodesorber에 의한 용매 제거율을 비교하였다(표 3-17). 압축분사형 제품은 Ethanol을

용매로 사용하며, 수동분무형은 Ethanol과 PGME를 용매로 사용하는 제품이다.

제품 분사 시 제품의 분사 형태에 관계없이 Thermodesorber에 의한 각 용매의 농도 변화 차

이가 뚜렷하였다. Thermodesorber를 장착했을 경우 장착하지 않은 농도 값에 비해 PGME는

94%, Ethanol은 95% 이상 농도가 감소되었으며, Thermodesorber에 실리카겔을 추가 장착했을

경우는 장착하지 않았을 경우에 비해 PGME는 98%이상, Ethanol은 97%이상 농도가 감소되었

다. 따라서, Thermodesorber에 의한 용매 제거율을 확인하였으며, 유기용매를 용매로 사용하

는 제품에서는 실리카겔관 추가에 따른 효율 차이는 미비하였다.

압축분사형 제품은 용매로 사용된 Ethanol의 농도가 가열관과 흡착관을 연결했을 때의 평균

40.19 ppm으로 아무런 장치를 하지 않았을 경우(평균 1,180 ppm)보다 약 30배의 농도 감소를

보였으며, 실리카겔관 추가 시 평균 6.53 ppm으로 농도가 약 180배 감소하였다(그림 3-11(a)).

수동분무형 제품의 경우 PGME 농도는 가열관과 흡착관이 연결된 Thermodesorber를 장착했

을 때의 평균 2.03 ppm으로 장치를 하지 않았을 때(평균 34.52 ppm) 보다 약 17배 낮은 값을

보였으며, 실리카겔을 추가로 연결했을 경우 평균 0.45 ppm으로 약 77배 낮았다(그림

3-11(b)). 또 다른 용매인 Ethanol의 경우 가열관과 흡착관이 연결된 Thermodesorber를 장착

했을 때 평균 14.63 ppm으로 장치를 하지 않았을 때(평균 297.68 ppm)에 비해 약 20배 감소

된 결과를 보였으며, 실리카겔을 추가 연결했을 때에는 평균 7.62 ppm으로 약 40배 정도 낮

은 수치를 보였다(그림 3-11(c)).

- 98 -

　Spraying type

(Product)

Solvent

Concentration (ppm)

None Thermo+Charcoal Thermo+Charcoal+Silica gel

Propellant

(제품D)

Ethanol

MEAN±SD 1180.07±340.64 40.19±6.17 6.53±0.59

GM(GSD) 1143.92(1.37) 39.86(1.17) 6.51(1.10)

Efficiency(%) - 96.59 99.45

Trigger

(제품J)

Ethanol

MEAN±SD 297.68±52.84 14.63±3.11 7.62±2.52

GM(GSD) 294.51(1.20) 14.42(1.23) 7.37(1.36)

Efficiency(%) - 95.09 97.44

PGME

MEAN±SD 34.52±1.05 2.03±0.59 0.45±0.14

GM(GSD) 34.51(1.03) 1.97(1.33) 0.43(1.33)

Efficiency(%) - 94.12 98.70

Table 3-17. 장치유무 여부에 따른 용매 농도 변화 요약

Ethanol

Co

nce

ntr

atio

n (

pp

m)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600 NoneThermo + CharcoalThermo + Charcoal + Silical gel

Ethanol

Co

nce

ntr

atio

n (

pp

m)

0

50

100

150

200

250

300

350NoneThermo + CharcoalThermo + Charcoal + Silical gel

PGME

Co

nce

ntr

atio

n (

pp

m)

0

10

20

30

40NoneThermo + CharcoalThermo + Charcoal + Silical gel

(a) (b) (c)

Fig 3-11. Thermodesorber 장착에 따른 용매 농도 비교(a: 압축분사형 ethanol, b: 수동분무형

PGME, c: 수동분무형 ethanol).

나. 공기 중 입자의 응집현상

노출 체임버 내 나노 입자는 온도와 습도의 영향을 받아 응집현상이 일어날 수 있다. 따라서

기존 제시된 문헌에서는 노출 체임버 내 온도와 습도 범위를 각각 22±3℃. 30-70 %RH로 제

안하고 있다(DIN EN ISO, 2010). 특히, 습도는 입자의 응집현상과 직접적 연관을 가지는데, 본

실험에서는 체임버 내 습도 조건을 달리하여 입자의 응집현상을 평가하였다. 대상제품은

AgNP를 함유하는 압축분사형 탈취제품 1종과, 물질표기 없이 나노기술이 표기된 수동분무형

코팅제 1종을 각각 선정하였으며, 체임버 내에 습도 조건을 저습도(30-40%RH)와 고습도

(70-80%RH)로 구분하여 제품을 분사하여 PC 필터에 포집된 응집체를 전자현미경을 이용하여

분석하였다.

- 99 -

그림 3-12는 AgNP가 함유된 압축분사형 탈취제의 습도와 거리에 따른 응집현상을 150,000

배율로 확대하여 나타낸 것이다. 상대습도 40% 조건에서 분사위치로부터 1 m 거리의 입자

응집체는 30-67 nm 크기를 형성하고 있으며, 2 m 거리에서는 25-149 nm 크기의 응집체를 형

성하고 있어 2 m에서 다소 큰 응집체를 형성하였다. 습도 80% 조건에서는 1 m 거리에서

27-117 nm를, 2 m 거리에서는 34-93 nm 크기의 응집체를 형성하였다. 따라서 압축분사형 제

품의 경우 분사위치로부터 근거리 위치에서는 습도에 따른 응집크기 차이를 볼 수 있었다.

× 150,000 (1 m, 40%RH) × 150,000 (2 m, 40%RH)

× 150,000 (1 m, 80%RH) × 150,000 (2 m, 80%RH)

Fig 3-12. AgNP 함유 압축분사형 제품의 습도 및 거리에 따른 응집현상(제

품 D).

그림 3-13은 특정성분이 표기 되지 않고 나노관련 문구가 표기되어 있는 수동분무형 코팅

제의 습도와 거리에 따른 응집현상을 150,000 배율로 확대하여 나타낸 것이다. 상대습도 40%

조건에서 분사위치로부터 1 m 거리의 입자 응집체는 48-586 nm를, 2 m 거리에서는 34-419

nm 크기의 응집체를 형성하고 있어 1 m 거리에서 큰 응집체를 형성하였다. 습도 80% 조건에

서는 1 m 거리에서 32-307 nm를, 2 m 거리에서는 33-518 nm 크기의 응집체를 형성하였다.

따라서 수동분무형 제품의 경우 분사되는 입자의 크기가 압축분사형 제품에 비해 크고 근거

리장 내에서 모두 바닥으로 떨어지는 형태를 보이므로, 저습 조건에서는 1 m 거리에서 더 큰

응집체를 형성하였으나, 고습 조건에서는 2 m 거리에서 더 큰 응집체를 형성하고 있어 습도

에 따른 영향을 파악할 수 없었다.

- 100 -

× 150,000 (1 m, 40%RH) × 150,000 (2 m, 40%RH)

× 150,000 (1 m, 80%RH) × 150,000 (2 m, 80%RH)

Fig 3-13. 나노물질 미표기 수동분무형 제품의 습도 및 거리에 따른 응집현

상(제품 L).

다. 벽면 분사 시 입자의 거동

본 실험에서는 스프레이 제품을 벽면에 분사할 때, 표면에 부딪혀 되 튕겨 나오는 입자

(overspray)에 대한 노출을 평가하기 위해 수행하였다. 따라서 직접 분사를 받는 표면 위치와

벽으로부터 약 0.2 m 떨어진 위치(되 튕김 입자 측정), 분사위치로부터 1 m 거리에서 입자의

거동을 평가하였다. 실제 사용 시 해당 장소에서의 미세 기류를 반영하기 위해 체임버 내 송

풍기를 가동함으로써 미세 기류(0.1 m/sec)를 의도적으로 발생시켰다. 대상 제품은 압축분사형

제품 3종(제품 A, D, H)과 수동분무형 제품 2종 (제품 I, K)을 선정하였다. 벽면 분사 시 측정

위치 따른 분사 전과 후의 입자 수 농도 차이는 표 3-18과 그림 3-14에 요약하였다. 압축분사

형 제품 분사 시의 입자 수 농도는 수동분무형 제품에 비해 높은 수준을 나타내었으며, 분사

후의 입자 수 농도는 100 nm 이하의 나노 입자의 농도가 100-420 nm의 농도에 비해 약 3-7

배 이상의 높은 수치를 보였다.

모든 제품 분사 시 벽면에 분사된 입자를 포함하여 되 튕겨져 나온 입자와 1 m 이상 떨어진

거리에서도 입자가 측정되었는데, 이는 탈취제 또는 코팅제와 같이 표면 분사 시 표면에 반사

되어 되 튕겨져 나온 입자에 대한 노출 가능성과 해당 사용 장소에서의 미세 기류로 인한 원

거리 노출 가능성을 확인하였다.

- 101 -

Descriptive Statistics by Distance

Number concentration(particles/cc)

<100 nm　 100-420 nm Total

Before Spraying Before Spraying Before Spraying

A 제품

Wall GM(GSD) 111.81(1.39) 2,427.45(1.52) 23.07(1.71) 604.37(1.35) 136.4(1.41) 3,037.06(1.48)

Overspray GM(GSD) 468.85(1.79) 2,576.33(1.32) 95.51(1.97) 620.35(1.23) 569.39(1.79) 3,203.28(1.29)

1 m GM(GSD) 90.07(1.54) 2,471.53(1.24) 18.76(1.81) 447.94(1.29) 111.27(1.5) 2,924.25(1.24)

D 제품

Wall GM(GSD) 336.48(2.17) 7,432.85(6.28) 131.67(1.8) 2,633.52(11.26) 503.5(1.78) 12,595.24(8.31)

Overspray GM(GSD) 58.71(6.98) 948.99(10.73) 12.08(5.57) 206.01(8.43) 74.21(6.55) 1,194.15(9.71)

1 m GM(GSD) 951.66(2.37) 510.02(3.12) 244.18(1.87) 146.75(2.25) 1,223.9(2.03) 667.91(2.87)

H 제품

Wall GM(GSD) 631.64(1.93) 1,834.99(3.88) 62.31(2.06) 235.46(3.2) 709.9(1.82) 2,111.23(3.76)

Overspray GM(GSD) 409.32(1.71) 1,557.45(1.98) 46.76(2.13) 238.49(1.83) 466.34(1.67) 1,841.31(1.9)

1 m GM(GSD) 1870.6(1.52) 2,999.84(2.82) 230.92(1.31) 581.76(2.67) 2,112.42(1.47) 3,607.02(2.77)

I 제품

Wall GM(GSD) 401.87(1.76) 3,573.07(1.43) 103.68(2.12) 889.91(1.41) 529.5(1.67) 4,469.27(1.42)

Overspray GM(GSD) 18.03(5.71) 2,434.39(1.41) 4.98(4.89) 543.35(1.55) 26.51(4.66) 2,982.00(1.43)

1 m GM(GSD) 422.48(1.41) 3,262.7(1.18) 128.97(1.66) 979.1(1.21) 561.81(1.4) 4,242.48(1.19)

K 제품

Wall GM(GSD) 148.11(1.75) 342.54(1.65) 25.66(1.96) 72.01(2.55) 179.64(1.67) 431.93(1.59)

Overspray GM(GSD) 136.31(1.45) 112.97(2.22) 34.2(2.27) 18.32(2.6) 179.94(1.48) 133.29(2.24)

1 m GM(GSD) 623.61(1.09) 583.06(1.19) 141.24(1.19) 120.05(1.3) 766.46(1.09) 705.77(1.19)

Table 3-18. 벽면 분사 시 측정 위치 따른 분사 전과 후의 실시간 기기 측정자료 요약

- 102 -

Num

ber

conc

entr

atio

n (p

artic

les/

cc)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

WallOverspray1 m

Product A Product D Product H

Num

ber

conc

entr

atio

n (p

artic

les/

cc)

0

1000

2000

3000

4000

5000

WallOverspray1 m

Product I Product K

Fig 3-14. 벽면 분사 시 제품별 거리에 따른 입자 수 농도 변화.

그림 3-15는 제품 D(압축분사형)와 제품 I(수동분무형)를 대상으로 벽면에 분사된 나노 입자

와 되 튕겨져 나온 입자를 전자현미경을 이용하여 150,000 배율에서 관찰한 것이다. 제품 D

분사 후 벽면에 도포된 시료에서 약 20 nm의 나노입자를 확인하였으며, 벽면 반대편에서

70-130 nm 크기의 되 튕겨져 나온 입자를 확인하였다. 제품 I의 경우 벽면에서 기둥 모양의

Ti 입자(53-152 nm)를 확인하였으며, 벽면 반대편의 되 튕겨 나온 입자는 개별 입자들이 응집

되어 235-289 nm 크기의 응집체를 형성하였다.

× 150,000 (wall) × 150,000 (overspray)(a)

× 150,000 (wall) × 150,000 (overspray)(b)

Fig 3-15. 벽면분사 시 표면에 도포된 물질과 overspray된 물질 (a: 제품 D,

b: 제품 I).

- 103 -

4. 클린룸 실험

연구방법에서 기술한 바와 같이 클린룸 실험에 앞서 스프레이 제품의 공기 중 분사 시 수

분과 용매로 인한 방해를 최소화하기 위해 Thermodesorber를 사용하였다. 대상 제품은 나노

물질이 첨가되었다고 라벨 상에 명시되어 있거나「나노」관련 문구가 기술되어 있는 12개 제

품을 선정하였고, 이 중 8개 제품(A-H 제품)은 압축분사형 분사방식이며, 다른 4개 제품(I-L

제품)은 수동분무형 분사방식이다.

가. 스프레이 제품 분사 시 입자상 물질의 거동

(1) 입자 수 농도

본 실험은 클린룸에서 헤파 필터를 이용하여 내부 공기를 청정화 시킨 다음 기류가 없는

정체된 상태로 거리별(분사위치로부터 1, 2, 3m 거리)로 입자의 거동을 평가하기 위해 실시되

었다. 클린룸 실험 결과, 압축분사형 스프레이 제품과 수동분무형 스프레이 제품 간 입자의

거리별 농도와 입자 분포 등 거동 특성에 뚜렷한 차이를 보였다. 기존 클린룸 실험 시 인위적

으로 기류를 발생시켜 실험한 결과 압축가스형 제품에 대해서 제품 분사 위치로부터 입자가

분사되었을 때 기류를 따라 이동함으로써 거리에 따른 특성 차이를 보이지 않았으나, 정체된

공기에서는 거리에 따른 차이를 확인할 수 있었다. 반면, 수동분무형 제품의 경우 실내 기류

와 관계없이 분사되는 입자의 크기가 큰 미스트 형태로 발생되어 분사 위치에서 바닥으로 떨

어짐으로써 거리에 따른 특성 차이는 없었다(표 3-19).

그림 3-16과 같이 압축분사형 제품의 경우 모든 제품에서 분사 전에 비해 분사가 시작된

직후 입자의 수 농도가 급격히 증가하였으며, 이후 차츰 농도가 감소하는 형태를 보였다. 거

리에 별 입자 수 농도의 경우 한 개 제품(H)을 제외한 모든 제품이 분사 지점으로부터 거리가

멀어질수록 입자 수가 감소하는 양상을 보였다.

그림 3-17은 수동분무형 제품의 분사 전, 후 거리에 따른 입자 수 농도의 분포를 나타낸 것

이다. 수동분무형 제품은 압축분사형에 비해 입자가 크고 분사 즉시 바닥으로 떨어지는 현상

이 육안으로도 관찰되어 공기 중에서 잔류하는 시간이 짧다. 따라서 수동분무형 제품은 분사

전과 후로 구분하여 나타내었다. 수동분무형 제품은 압축분사형 제품과는 달리 제품 간 입자

수 농도가 분사 전, 후로 차이를 보이지 않았다. 특히 압축분사형 제품은 측정된 전체 입자

중 나노크기의 입자가 차지하는 비율이 약 80-90%로 높은 비율을 차지하는데 반해 수동분무

형 제품은 분사 직후 전체 입자 중 나노크기 입자가 차지하는 비율이 50% 이내로 낮았다. 이

는 압축분사형 제품에서 나노크기의 입자가 많이 발생시킨다는 것을 나타낸다.

- 104 -

Type Product

Number concentration (particles/cc)

1 m 2 m 3 m

SMPS OPS CPC SMPS OPS SMPS

<100 nm 100-420 nm Total <300 nm Total 20-1,000

nm <100 nm 100-420 nm Total <300 nm Total <100 nm 100-420

nm Total

Propellent

A12,672.56(1.23)

662.48(2.83)

13,605.40(1.28)

62.93(1.22)

102.30(1.33)

7,097.52(1.41)

13,094.12(1.43)

588.03(2.52)

2,650.17(2.68)

48.83(1.51)

144.54(1.73)

10,301.71(1.21)

646.33(1.28)

10,957.92(1.21)

B11,356.12(2.19)

1,094.75(2.92)

12,507.16(2.24)

58.42(1.23)

104.56(1.24)

4,602.66(1.70)

9,463.78(1.38)

945.84(1.65)

10,476.56(1.39)

41.45(1.41)

129.85(1.45)

2,287.36(3.61)

342.06(2.51)

2,664.92(3.37)

C3,352.11(2.95)

1,547.87(3.48)

4,969.24(3.08)

71.95(2.25)

128.04(2.46)

675.47(5.64)

1,207.24(4.25)

961.25(5.54)

2,260.32(4.20)

72.22(2.20)

234.59(2.35)

1,381.42(3.87)

628.97(2.72)

2,054.85(3.37)

D7,770.53(1.65)

807.27(1.88)

8,600.61(1.61)

54.61(1.23)

90.22(1.26)

4,719.79(1.47)

5,273.59(1.46)

464.23(2.14)

6,182.61(1.42)

41.53(1.42)

122.22(1.52)

8,276.80(1.33)

959.26(1.440

9,240.44(1.34)

E2,704.53(3.06)

726.38(2.02)

3,484.49(2.82)

97.49(1.42)

162.04(1.53)

2,983.08(2.02)

5,918.31(1.41)

1,503.21(1.36)

7,343.96(1.39)

108.61(1.24)

360.23(1.32)

7,474.70(1.79)

1,170.10(1.50)

8,662.27(1.75)

F6,264.76(1.96)

1,453.81(1.27)

7,998.51(1.75)

62.13(1.68)

113.68(1.79)

2,262.61(2.20)

6,889.70(1.70)

1,594.07(2.51)

8,885.57(1.63)

137.27(1.37)

393.71(1.43)

1,238.32(1.35)

530.88(2.29)

1,848.83(1.50)

G496.61(6.27)

176.61(5.42)

679.39(5.98)

9.93(1.58)

12.92(1.83)

308.87(2.40)

295.74(2.03)

92.39(1.29)

394.85(1.82)

6.76(1.36)

12.93(1.63)

277.62(2.37)

72.20(1.61)

355.11(2.15)

H8,747.49(7.22)

9,833.72(14.81)

19,809.46(9.92)

207.92(5.46)

323.84(5.55)

6,883.18(7.16)

6,988.86(2.87)

21,144.51(1.89)

32,467.93(1.49)

215.74(8.60)

527.01(11.23)

1,250.80(3.33)

16,318.27(21.23)

21,015.01(13.04)

Trigger

I72.00(1.14)

112.27(1.17)

185.40(1.10)

13.98(1.12)

15.23(1.11)

122.65(1.07)

80.25(1.13)

123.59(1.15)

204.94(1.09)

11.12(1.10)

17.72(1.09)

88.78(1.11)

103.19(1.15)

192.79(1.09)

J77.77(1.18)

97.89(1.19)

176.89(1.14)

11.74(1.11)

13.19(1.12)

112.01(1.11)

84.14(1.15)

102.87(1.16)

188.02(1.10)

9.15(1.09)

14.98(1.10)

89.99(1.11)

85.30(1.17)

176.05(1.10)

K164.85(1.16)

190.29(1.18)

356.62(1.14)

5.52(1.13)

6.34(1.09)

216.20(1.11)

181.74(1.07)

196.43(1.15)

379.12(1.09)

4.34(1.12)

7.35(1.07)

199.38(1.09)

148.11(1.18)

348.41(1.11)

L85.76(1.15)

46.77(1.36)

133.91(1.17)

3.34(1.25)

3.77(1.18)

85.71(1.13)

95.76(1.15)

50.16(1.29)

146.87(1.16)

2.78(1.25)

4.50(1.19)

30.76(2.33)

41.13(1.37)

132.84(1.17)

Table 3-19. 각 제품의 분사 시 거리별 실시간 측정자료 요약

- 105 -

Fig 3-16. 압축분사형 스프레이 제품의 분사 전, 중, 후 거리에 따른 입자 수 농도 분포

(상: 1 m, 중: 2 m, 하: 3m).

- 106 -

Fig 3-17. 수동분무형 스프레이 제품의 분사 전·후 거리에 따른 입자 수 농도 분포 (상: 1

m, 중: 2 m, 하: 3m).

- 107 -

(2) 입자 표면적 및 중량 농도

압축분사형 제품의 표면적농도는 수동분무형에 비해 분사 후 1 m와 2m 거리에서 현저히

높아졌으나 수동분무형 제품의 경우 증가폭이 낮았다(표 3-20). 특히, 압축분사형 제품은 분사

위치로부터 가까운 1 m 위치에서 나노크기의 입자 수가 많이 측정되어 표면적 농도가 2 m

보다 높을 것으로 예상되었으나 2 m 거리에서 큰 입자가 존재했을 것으로 판단된다. 표면적

은 입자의 직경의 제곱에 비례하므로 1 m 거리에서 크기가 작은 입자 수가 많더라도 2 m 거

리에서 큰 입자들이 존재할 경우 표면적이 높아질 수 있다. 중량농도는 측정기기 개수의 제한

으로 인해 1 m 거리에서만 측정하였고, 압축분사형 제품의 농도가 수동분무형에 비해 높은

결과를 나타내었다. 입자 중량의 경우 실시간 기기 측정과 더불어 기존 방식대로 필터를 이용

한 시간누적채취를 병행하였으나 필터 중량법으로는 저울이 칭량할 수 있는 범위가 μg 단위

까지 제한되어 있어 모두 검출한계 미만 값을 보였다. 따라서 필터 중량의 결과는 별도로 나

타내지 않았다.

Type Product

1 m 2m

Surface area (µm2/cc)

Dust-trak (mg/m3) Surface area (µm2/cc)PM1.0 Total

Propellent

A 2.02(1.25)

0.0707(1.46)

0.0715(1.47)

35.84(9.19)

B 18.86(1.21)

0.0795(1.74)

0.0810(1.74)

31.45(1.47)

C 2.88(7.07)

0.1692(1.71)

0.1722(1.72)

24.71(2.14)

D 10.61(1.35)

0.0733(1.40)

0.0745(1.39)

23.14(1.43)

E 13.48(1.96)

0.1254(3.91)

0.1292(3.79)

42.20(1.47)

F 4.36(8.33)

0.2541(2.47)

0.2616(1.81)

73.14(1.93)

G 0.12(7.34)

0.0041(2.99)

0.0044(2.96)

2.29(1.63)

H 115.10(1.52)

0.1193(21.9781)

0.1213(21.1788)

299.96(1.80)

Trigger

I 0.00(15.82)

0.0054(1.24)

0.0054(1.24)

2.27(1.06)

J 0.00(1.00)

0.0047(1.17)

0.0048(1.17)

1.99(1.08)

K 0.01(21.32)

0.0014(1.41)

0.0014(1.42)

2.64(1.09)

L 0.05(2.32)

0.0405(2.51)

0.0405(2.51)

1.23(1.12)

Table 3-20. 각 제품의 분사 시 거리별 실시간 표면적 및 중량농도 요약

나. 제품 분사 시 공기 중 입자의 중금속 성분 및 전자현미경 분석 결과

공기 중 입자 분석은 총 12개 제품을 대상으로 실시하였으며, AgNP가 함유된 제품 6종과

Ti가 함유된 제품 1종, polymer가 함유된 제품 1종, Si가 함유된 제품 1종 이었으며, 이외에 3

개 제품은 나노관련 문구가 제품 용기 상 표기되었으나 함유 물질은 표시되지 않은 제품이었

- 108 -

다. Si의 경우 ICP-MS로 측정이 어려운 점이 있어 분석대상 원소에서 제외하였다. ICP-MS 분

석 결과는 분사 지점으로부터 1, 2, 3 m 거리에서 측정한 시료에서 검출한계 이상 검출 된

원소를 모두 표기하였다. 공기 중 입자에 대한 분석 결과는 검출 된 중금속 성분과 제품에 함

유된 대상 성분이 일치하지 않은 경우가 많았다.

전자현미경 분석 결과 AgNP가 함유된 A, D, G 제품의 경우 EDX 상 검출 성분과 일치하였

으며, 세 제품 모두 100 nm 이하의 크기로 구형의 응집형태를 보였다. C 제품은 불소성분 이

루어진 polymer가 함유된 제품으로 EDX 상 불소가 검출이 되어 제품 표기 물질과 일치하였

다. Ti가 함유된 I 제품의 경우 EDX 상 Ti가 검출되었고, 100 nm 이하의 막대 모양의 입자들

이 응집체를 형성하였다(표 3-21).

- 109 -

No ProductProduct type

Spraying type

Nanomaterial Labelling component MSDS 성분ICP-MS

분석결과*

전자현미경

형상응집 형태

입자 크기주요 원소

1 A 탈취제 Propellant AgNP 살균제/계면활성제 - Cu 구형 응집 16-30 nm Ag

2 B 탈취제 Propellant AgNP 소취제/향 - -

3 C 코팅제 Propellant Fluoropolymer부틸아세테이트/2-프로판올

- Cr, Fe, Ni 구형 응집 - F

4 D 탈취제 Propellant AgNP 광촉매AgNP1-10 %

Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Al

구형/비정형

단독/약한 응집

30-60 nm/ 79 nm

Ag/Cu, Zn

5 E 탈취제 Propellant AgNP탈취제/에탄올/천연항균오일

- Zn

6 F 코팅제 PropellantNo labelling

(나노기술표기)소취제/향 - Cr

7 G 방향제 Propellant AgNP

Fragnance oil/Denat alcohol/

Natural lasting oil/Essence oil

- Cu 구형 응집 20 nm Ag

8 H 코팅제 PropellantNo labelling

(나노기술표기)

미네랄 오일/산화방지제/파라핀/나프텐하이드로카본/나노프로텍포뮬라/탄화수소 압축가스

- Cu 구형 응집 20-75 nm Mo, Ti

9 I 탈취제 Trigger TiO2 - TiO2>3% Mn Rod 응집 25-71 nm Ti

Table 3-21. 스프레이 제품 분사 후 공기 중 입자의 성분 분석 및 전자현미경 분석 결과 요약

- 110 -

*공기 중 분석결과는 분사 중에 측정한 결과를 LOD 이상 검출된 원소만 기입함.

No ProductProduct type

Spraying type

Nanomaterial Labelling component MSDS 성분ICP-MS

분석결과*

전자현미경

형상응집 형태

입자 크기주요 원소

10 J 세정제 Trigger SiO음이온계면활성제

/에탄올/향료-

Cr, Mn, Fe, Al, Ti

11 K 방향제 Trigger AgNP식물성소취제/

증류수/천연향료- Al 구형 응집 85-102 nm Ti

12 L 코팅제 TriggerNo labelling

(나노기술표기)- - Cu 구형 응집 30-40 nm Cu, Zn

- 111 -

그림 3-18은 압축분사형 A 제품의 분사위치로부터 1, 2, 3m 공기 중에서 포집한 입자의 전

자현미경 분석결과를 나타낸 것이다. 제품 분사 후 근거리 장과 원거리 장에서 모두 AgNP가

검출되어 함유된 나노입자의 거동을 전자현미경 분석을 통해 확인하였다. AgNP를 함유한 A

제품은 SEM 50,000 배율로 분석했을 때 매우 작은 입자들이 응집되어 있는 것을 확인할 수

있었다. 이를 150,000 배율로 확대하여 입자 크기를 측정한 결과 개별 입자는 100 nm 이하의

크기를 보였고 이들이 모여 구형의 응집체를 형성하고 있음을 확인하였다. EDX 성분분석 결

과에서도 제품에 함유된 AgNP이 검출되어 ICP-MS 결과와는 차이를 보였다.

× 50,000 (1 m) × 150,000 (1 m) EDX 결과 (1 m)

× 50,000 (2 m) × 150,000 (2 m) EDX 결과 (3 m)

× 50,000 (3 m) × 150,000 (3 m) EDX 결과 (3 m)

Fig. 3-18. 압축분사형 A 제품(AgNP 함유) 분사 시 공기 중 입자의 전자현미경 분석 결과.

그림 3-19는 함유된 나노물질이 표기되지 않은 압축분사형 H 제품의 거리별 전자현미경

분석결과를 나타낸 것이다. 제품 분사 후 근거리 장과 원거리 장에서 모두 Mo와 Ti로 구성된

- 112 -

입자의 응집체가 검출되었으며, 거리에 따른 입자의 거동을 확인하였다. SEM 150,000 배율로

확대하여 입자 크기를 측정한 결과 개별 입자는 20-75 nm 크기의 나노입자들이 응집체를 형

성하고 있었다. 제품 정보에는 함유된 나노물질이 표기되어 있지 않았으나 EDX 분석 결과 나

노크기의 Mo와 Ti가 검출되어 ICP-MS로 검출된 Cu와 일치하지 않았다.

× 50,000 (1 m) × 150,000 (1 m) EDX 결과 (1 m)

× 50,000 (2 m) × 150,000 (2 m) EDX 결과 (2 m)

× 50,000 (3 m) × 150,000 (3 m) EDX 결과 (3 m)

Fig. 3-19. 압축분사형 H 제품(물질 미표기) 분사 시 공기 중 입자의 전자현미경 분석 결과.

다. 자기 신체부위 분사 시 입자의 거동

본 실험에서는 실생활에서 사용하는 것처럼 스프레이 제품을 분사하였을 때 근거리 장(호흡

기 위치)과 원거리 장에서 입자의 거동을 평가하였다. 실험대상 제품은 주로 신체와 근거리에

서 사용되는 섬유 코팅제와 탈취제류에서 선정하였고, 압축분사형 제품 C, F와 수동분무형 제

품 M를 사용하여 분사 실험(옷걸이에 걸어둔 옷에 분사, 전방 상체 부위에 분사(총 10초, 2초/

- 113 -

회, 5회))를 실시하였다.

표 3-22는 제품 분사 전과 후의 입자 수 농도를 근거리 장과 원거리 장으로 구분하여 나타

낸 것으로, 거리 구분 없이 분사 후 농도가 분사 전 농도에 비해 증가하였다. 압축분사형 제

품의 경우 분사 후 농도가 분사 전에 비해 최고 35배 이상 증가하여, 수동분무형 제품이 약

1.5배 증가한데 반해 증가폭이 뚜렷하였다. 따라서 압축분사형 제품을 신체부위에서 분사할

경우 고농도의 흡입 노출이 가능함을 나타내었다.

Product Distance

Number concentration(particles/cc)

<100 nm　 100-420 nm total

Before Spraying Before Spraying Before Spraying

제품 C

Near field

GM

(GSD)49.39(1.29) 757.40(2.02) 62.17(1.43) 176.24(2.22) 112.40(1.34) 946.01(2.01)

Far

field

GM

(GSD)28.88(1.30) 639.97(1.83) 75.9(1.43) 234.91(1.71) 105.70(1.35) 887.80(1.75)

제품 F

Near field

GM

(GSD)68.07(1.82) 2,497.55(1.89) 30.25(2.32) 969.64(1.90) 99.73(1.92) 3,510.27(1.83)

Far

field

GM

(GSD)56.31(2.12) 417.92(2.71) 19.95(2.38) 160.61(2.92) 77.58(2.11) 578.99(2.76)

제품 M

Near field

GM

(GSD)92.27(1.89) 122.79(1.12) 67.58(2.30) 98.79(1.22) 161.82(1.96) 222.59(1.13)

Far

field

GM

(GSD)64.72(1.97) 93.67(1.12) 72.96(2.5) 120.16(1.16) 140.27(2.10) 214.57(1.11)

Table 3-22. 자기 신체부위 분사 시 거리에 따른 SMPS 측정자료 요약

그림 3-20은 분사위치로부터 근거리장과 원거리 장에서의 농도 변화를 나타낸 것이다. 압축

분사형 제품 F의 경우 근거리 장에서의 농도가 원거리 장 농도에 비해 최고 6배 이상 높았

고, 수동분무형 제품 M의 경우 약 1.3배 증가하여 압축분사형 제품의 농도 증가가 뚜렷하였

다. 제품 C의 실험에서는 분사 시 클린룸 내 기류를 의도적으로 발생시켜 근거리 장에서의

농도 뿐 아니라 기류의 진행방향인 원거리 장에서도 높은 수치를 보였다. 따라서 실생활에서

사용 장소에 따라 기류가 형성되어 있을 경우 원거리 장에서도 노출 가능성이 있음을 알 수

있다.

- 114 -

Num

ber c

once

ntra

tion

(par

ticle

s/cc

)

0

1000

2000

3000

4000Breathing zoneFar field

Product C Product F Product M

Fig. 3-20. 자기 신체부위 분사 시 제품별 거리에 따른 입자 수

농도 변화.

라. 스프레이 제품 분사 시의 흡입량 및 호흡기 부위별 침착량

스프레이 제품을 공기 중에 분사하였을 때 공기 중 입자의 거동은 입자의 특성에 따라 달라

진다. 실제로 인체에 들어오는 입자의 양은 입자의 특성뿐 아니라 호흡기 부위의 침착율에 영

향을 받으며, 나노입자의 경우 입자의 농도를 표시하는 매트릭스에 따라 침착부위의 양이 현

저히 달라질 수 있다.

(1) 분사방식별 흡입량 및 호흡기 침착량

(가) 입자 수 단위

분사방식에 따른 거리별 입자 수 단위의 흡입량 및 호흡기 침착량은 표 3-23에 요약하였

다. 압축분사형 제품의 흡입량과 호흡기 부위별 침착량이 수동분무형 제품에 비해 현저히 많

았다. 입자가 크기가 작을수록, 분사 위치가 가까울수록 흡입되는 입자 수와 폐포 부위에 침

착되는 양이 많았다.

그림 3-21은 분사형태에 따른 흡입되는 입자 수 농도와 호흡기 부위별 침착되는 입자 수

농도를 나타낸 것이다. 압축분사형 제품은 입자 크기로 구분하였을 때 작은 입자일수록, 그리

고 근거리 장(제품 분사 위치로부터 1 m 거리)에서 노출되었을 때 흡입양이 증가함을 알 수

있다. 나노크기의 입자가 차지하는 비율이 전체에서 차지하는 비율이 80% 이상을 차지하고

있으며, 거리가 멀어질수록 작은 크기의 입자 수는 크게 줄어드는 형태를 보였다. 반면, 그림

에서 1 μm 이상 큰 입자들은 거리가 멀어질수록 증가하는 것을 볼 수가 있는데 이는 작은

입자들이 분사 위치가 멀어지는 지점에서 상대적으로 적어 큰 입자가 존재하는 비율이 높거

나 작은 입자들이 응집되었을 가능성을 추정해 볼 수 있다. 침착량의 경우에도 입자의 수 농

도 기준으로 폐포 부위에 침착하는 입자 수가 비강, 기관지 부위에 비해 많음을 알 수 있으

- 115 -

며, 근거리 장에서의 노출이 원거리 장에서의 노출보다 많음을 알 수 있다.

수동분무형 제품은 나노크기 입자에서 압축분사형과 유사한 분포를 보였으나 거리에 따른

차이가 크지 않았으며, 입자 수 농도에 있어서도 압축분사형에 비해 약 10배 낮은 수준을 보

였으며, 침착되는 양에 있어서도 약 5-10배 적은 것을 알 수 있다. 따라서 압축분사형과 수동

분무형 제품의 흡입되는 입자 수 농도 분포와 침착되는 입자 수 농도 분포 형태는 유사하였

으나 분사 방식으로 인한 수치의 차이가 뚜렷하였다.

- 116 -

Spray type

Product DistanceInhalation dose (particles/kgbw/day) Deposited dose (particles/kgbw/day)

PM 0.011-0.1 PM 0.1-1.0 PM 1.0-2.5 PM 2.5-10 Total HA TB AL Total

Propellent

A1 m 485,044,858 26,713,954 120,999 39,617 511,919,429 31,055,568 51,205,826 179,825,388 262,086,782

2 m 369,556,764 23,434,250 740,735 151,736 393,883,485 26,519,253 42,501,564 143,914,023 212,934,840

B1 m 990,607,760 111,976,481 450,126 255,888 1,103,290,255 71,716,468 111,703,950 371,953,487 555,373,905

2 m 31,167,122 4,104,353 71,337 23,132 35,365,944 2,459,050 3,902,420 12,994,106 19,355,576

C1 m 22,684,114 30,576,146 62,046 24,585 53,346,891 2,077,085 2,475,028 10,035,187 14,587,300

2 m 33,445,517 21,812,029 525,188 81,757 55,864,492 3,111,013 3,789,879 14,032,449 20,933,341

D1 m 252,711,336 31,417,528 92,064 16,297 284,237,225 19,777,084 32,164,498 105,896,046 157,837,628

2 m 223,974,343 27,018,142 520,105 36,672 251,549,261 20,266,648 31,323,542 95,857,255 147,447,445

E1 m 163,609,714 38,943,316 211,758 55,272 202,820,060 15,969,962 23,926,372 70,520,336 110,416,670

2 m 156,380,978 53,514,968 1,781,843 322,557 212,000,346 17,110,304 22,143,783 66,085,882 105,339,969

F1 m 44,691,421 12,110,217 43,905 20,789 56,866,333 2,895,781 4,472,153 16,506,333 23,874,267

2 m 25,535,057 10,236,358 505,211 229,759 36,506,385 2,127,656 2,217,346 8,967,415 13,312,416

G1 m 1,720,949,596 542,695,409 126,391 21,123 2,263,792,518 136,462,602 216,579,316 747,371,433 1,100,413,350

2 m 273,817,207 104,477,433 934,479 82,374 379,311,494 27,191,570 37,627,865 115,206,786 180,026,222

H1 m 49,425,913 131,365,844 136,141 55,976 180,983,873 5,277,089 3,891,176 21,346,988 30,515,253

2 m 88,155,148 148,306,311 1,243,308 385,894 238,090,660 7,783,405 6,275,454 32,587,613 46,646,473

Trigger

I1 m 57,124,149 89,234,131 25,762 12,604 146,396,646 4,624,828 4,795,031 22,561,971 31,981,830

2 m 52,674,839 92,419,644 121,696 36,365 145,252,544 5,038,404 4,530,083 21,513,048 31,081,535

J1 m 6,388,508 4,856,755 37,795 18,760 11,301,819 666,256 831,553 2,710,121 4,207,930

2 m 4,374,272 5,517,511 159,715 46,396 10,097,895 581,091 496,377 1,939,490 3,016,959

K1 m 36,517,628 38,839,330 30,005 15,269 75,402,232 2,191,918 2,743,719 12,624,995 17,560,632

2 m 31,656,431 34,127,441 383,921 146,423 66,314,217 2,297,124 2,369,815 10,971,532 15,638,470

L1 m 20,008,278 10,498,914 18,535 23,852 30,549,580 1,233,886 1,754,449 7,034,299 10,022,634

2 m 18,193,425 10,128,349 233,931 169,820 28,725,525 1,453,537 1,650,717 6,527,381 9,631,635

Table 3-23. 제품 분사 시 거리 및 입자 크기에 따른 인체 흡입량과 호흡기계 침착량(입자 수)

- 117 -

Respiratory regionHA TB AL

Dep

osi

ted

do

se (

par

ticl

es/k

gb

w/d

ay)

0

100x106

200x106

300x106

400x106

500x106

600x106

1 m2 m

(a) (b)

Respiratory regionHA TB AL

Dep

osi

ted

do

se (

par

ticl

es/k

gb

w/d

ay)

0

10x106

20x106

30x106

40x106

50x106

60x106

1 m2 m

(c) (d)

Fig. 3-21. 분사형태별 거리에 따른 흡입량과 호흡기 부위별 침착 입자 수 농도 비교

(a: 압축분사형 흡입량, b: 압축분사형 침착량, c: 수동분무형 흡입량, d: 수동분무형

침착량).

(나) 중량 단위

분사방식에 따른 거리별 중량 단위의 흡입량 및 호흡기 침착량은 표 3-24에 요약하였다.

입자 수 단위에서는 입자 크기가 작을수록, 분사위치가 가까울수록 흡입량과 침착량이 많았으

나 중량단위에서는 입자 수 단위와는 반대로 입자 크기가 커질수록 흡입량이 많았으며, 침착

량은 이물질이 걸러지는 비강부위에서의 침착량이 많았다.

그림 3-22는 분무형태에 따른 흡입되는 입자의 중량농도와 호흡기 부위별 침착되는 입자의

중량농도를 나타낸 것이다. 앞서 입자 수 농도에서 크기가 작은 입자일수록 농도가 높았던 반

면, 입자의 중량농도는 큰 입자일수록 중량이 늘어나기 때문에 전형적으로 입자 수 농도와 중

- 118 -

량농도가 반비례 관계임을 확인할 수 있었다. 아래 그림에서 볼 수 있듯이 입자 크기가 커질

수록 입자의 중량농도가 증가하였고, 큰 입자들은 나노크기의 입자가 폐포 부위까지 침착하는

것과는 달리 대부분 비강 또는 기관지 부위에 침착되므로 침착량에 있어서도 비강 부위에서

입자 크기와 중량이 큰 입자들(2.5 μm 이상)이 침착되는 비율이 높은 것을 알 수 있다. 그림

에서 1 μm 이하의 입자들은 입자 수 농도와 유사하게 분사지점으로부터 가까운 근거리 장에

서 높은 농도를 보였으나, 거리가 멀어질수록 원거리 장에서 높은 중량농도 수준을 보였다.

이는 작은 입자들의 응집현상으로 인해 중량 증가의 가능성을 추정해 볼 수 있다. 수동분무형

제품은 압축분사형 제품과는 달리 모든 입자 크기 범위에서 근거리 장보다 원거리 장에서의

중량 농도가 높은 수준을 보였으며, 침착량에 있어서도 비교적 크고 무거운 입자가 침착되는

비강 부위에서 높은 비율을 차지하였다.

- 119 -

Spray type

Product DistanceInhalation dose (ng/kgbw/day) Deposited dose (ng/kgbw/day)

PM 0.011-0.1 PM 0.1-1.0 PM 1.0-2.5 PM 2.5-10 Total HA TB AL Total

Propellent

A1 m 32.0 299.7 215.0 1,436.4 1,983.2 1,352.6 79.6 153.1 1,585.4

2 m 22.7 640.6 3,008.5 6,785.4 10,457.2 7,757.9 500.5 866.5 9,124.9

B1 m 79.8 1,556.5 799.9 15,729.6 18,165.9 14,601.5 659.4 1,055.7 16,316.6

2 m 11.8 532.4 2,774.5 12,737.9 16,056.6 12,924.2 627.6 957.4 14,509.2

C1 m 3.5 186.2 110.3 698.1 998.1 639.6 42.1 80.6 762.4

2 m 3.4 393.3 2,276.3 2,915.0 5,588.0 3,896.7 283.1 517.5 4,697.4

D1 m 9.9 208.1 163.6 333.8 715.4 348.8 29.7 70.6 449.0

2 m 7.7 463.9 2,065.5 879.3 3,416.5 1,989.0 171.4 366.7 2,527.1

E1 m 9.3 339.1 376.3 1,612.6 2,337.2 1,544.8 101.5 198.4 1,844.7

2 m 10.4 1,510.3 7,320.1 13,141.3 21,982.2 15,855.5 1,079.2 1,915.5 18,850.2

F1 m 17.2 241.1 171.6 3,305.7 3,735.7 3,074.2 136.9 214.3 3,425.4

2 m 3.7 409.0 2,059.7 21,210.3 23,682.7 20,717.7 890.1 1,284.4 22,892.2

G1 m 54.2 1,987.3 224.6 654.2 2,920.3 728.2 66.7 238.9 1,033.7

2 m 19.2 1,620.0 3,613.5 3,009.3 8,262.1 4,200.6 314.8 655.2 5,170.5

H1 m 14.8 984.1 241.9 2,244.7 3,485.5 2,107.6 117.8 242.1 2,467.6

2 m 25.2 1,537.4 5,462.0 20,898.9 27,923.6 21,879.2 1,273.0 2,055.1 25,207.3

Trigger

I1 m 13.0 601.3 45.8 541.4 1,201.5 529.2 30.8 84.7 644.8

2 m 12.2 971.3 528.7 2,174.5 3,686.6 2,329.3 129.3 259.3 2,717.9

J1 m 0.8 49.2 67.2 661.0 778.1 598.8 34.1 56.6 689.5

2 m 0.6 108.2 758.3 2,045.4 2,912.5 2,245.7 143.4 234.2 2,623.3

K1 m 9.4 113.8 53.3 464.1 640.7 418.6 26.9 51.3 496.8

2 m 8.2 221.5 1,895.5 6,778.1 8,903.3 7,071.8 436.7 685.5 8,194.0

L1 m 3.3 47.9 32.9 1,076.7 1,160.8 962.2 47.8 72.3 1,082.3

2 m 1.3 55.3 1,041.6 7,718.6 8,816.8 7,492.3 406.7 585.3 8,484.3

Table 3-24. 제품 분사 시 거리 및 입자 크기에 따른 인체 흡입량과 호흡기계 침착량(중량)

- 120 -

Respiratory regionHA TB AL

Dep

osi

ted

do

se (

ng

/kg

bw

/day

)

0

2000

4000

6000

8000

10000

120001 m2 m

(a) (b)

Respiratory regionHA TB AL

Dep

osi

ted

do

se (

ng

/kg

bw

/day

)

0

1000

2000

3000

4000

50001 m2 m

(c) (d)

Fig. 3-22. 분사형태별 거리에 따른 흡입량과 호흡기 부위별 침착 입자 중량 농도

비교 (a: 압축분사형 흡입량, b: 압축분사형 침착량, c: 수동분무형 흡입량, d:

수동분무형 침착량).

(다) 표면적 단위

분사방식에 따른 거리별 표면적 단위의 흡입량 및 호흡기 침착량은 표 3-25에 요약하였다.

중량단위와 같이 입자가 커질수록 표면적 단위는 직경의 제곱에 비례하므로 입자가 커질수록

흡입량과 침착량이 많았으며, 주요 침착부위는 비강부위였다.

그림 3-23은 분무형태에 따른 흡입되는 입자의 표면적 농도와 호흡기 부위별 침착되는 입

자 의 표면적 농도를 나타낸 것이다. 압축분사형 제품과 수동분무형 제품의 입자 크기별 표면

적 농도의 흡입량 분포는 유사한 형태를 보이고 있으나 농도 수치상으로는 뚜렷한 차이를 보

였다. 압축분사형 제품의 경우 1 μm 이하의 입에서는 근거리 장에서의 표면적 농도가 원거

- 121 -

리 장에서 보다 높은 수준을 보였고 입자가 클수록 원거리 장에서의 표면적 농도가 현저히

높았다. 표면적 농도는 입자 수 농도와 중량농도와는 달리 침착량에 있어서도 압축분사형 제

품과 수동분무형 제품 간 동일한 분포 형태를 보였으며, 수치상으로만 압축분사 형 제품이 현

저히 높은 결과를 보였다.

- 122 -

Spray type

Product DistanceInhalation dose (μm2/kgbw/day) Deposited dose (μm2/kgbw/day)

PM 0.011-0.1 PM 0.1-1.0 PM 1.0-2.5 PM 2.5-10 Total HA TB AL Total

Propellent

A1 m 2,800,391 4,328,123 765,620 1,511,319 9,405,453 1,948,464 339,873 1,350,075 3,638,412

2 m 2,023,059 6,206,356 7,750,830 7,575,480 23,555,724 11,665,761 1,020,649 2,600,371 15,286,780

B1 m 1,541,880 5,068,579 713,719 3,584,172 10,908,350 3,780,684 327,300 1,102,377 5,210,361

2 m 1,183,109 5,777,861 6,970,742 13,881,185 27,812,897 16,982,503 1,161,342 2,546,027 20,689,871

C1 m 233,593 3,627,401 389,843 902,572 5,153,409 1,055,761 113,454 439,879 1,609,094

2 m 254,567 3,969,545 5,742,663 3,566,446 13,533,221 6,763,993 574,534 1,381,047 8,719,574

D1 m 1,026,338 3,700,722 582,532 521,855 5,831,447 893,652 182,089 749,048 1,824,788

2 m 795,744 5,034,651 5,366,624 1,267,646 12,464,666 4,611,609 495,143 1,453,162 6,559,914

E1 m 746,712 4,921,817 1,330,515 2,055,987 9,055,030 2,605,825 278,075 954,571 3,838,470

2 m 827,629 14,125,067 18,805,419 15,287,527 49,045,643 25,424,026 2,050,054 4,852,907 32,326,987

F1 m 244,422 770,589 147,412 716,366 1,878,789 741,211 59,683 186,518 987,411

2 m 266,863 3,321,855 5,265,693 17,849,520 26,703,930 19,533,972 1,069,530 1,969,408 22,572,909

G1 m 6,351,696 50,022,883 794,139 809,292 57,978,010 2,794,304 1,231,142 6,213,510 10,238,956

2 m 1,514,920 19,967,016 9,480,454 3,560,524 34,522,914 10,012,063 997,388 3,401,512 14,410,963

H1 m 914,422 18,099,159 855,397 2,462,108 22,331,086 3,230,995 350,435 1,739,358 5,320,787

2 m 1,577,397 20,597,624 13,736,487 21,800,603 57,712,112 28,464,553 2,111,522 5,090,831 35,666,906

Trigger

I1 m 840,792 11,058,273 161,867 576,754 12,637,685 1,069,704 175,011 1,053,537 2,298,252

2 m 780,303 15,016,996 1,331,025 2,131,137 19,259,460 3,496,747 333,137 1,555,887 5,385,771

J1 m 52,086 744,783 237,471 768,439 1,802,778 783,158 59,780 157,533 1,000,472

2 m 42,013 1,203,307 1,864,110 2,311,251 5,420,681 3,185,415 237,018 493,056 3,915,488

K1 m 597,517 2,964,950 188,528 579,550 4,330,545 662,015 103,574 444,033 1,209,623

2 m 515,736 3,429,660 4,612,506 7,546,943 16,104,844 9,435,583 705,756 1,474,166 11,615,504

L1 m 225,365 985,808 116,459 1,123,827 2,451,458 1,046,653 81,375 223,541 1,351,570

2 m 91,306 663,389 2,396,135 7,927,741 11,078,571 10,467,837 673,453 1,161,808 12,303,099

Table 3-25. 제품 분사 시 거리 및 입자 크기에 따른 인체 흡입량과 호흡기계 침착량(표면적)

- 123 -

Particle size (nm)PM 0.011-0.1 PM 0.1-1.0 PM 1.0-2.5 PM 2.5-10

Inh

aled

do

se (

um

2 /kg

bw

/day

)

0

2x106

4x106

6x106

8x106

10x106

12x106

14x106

16x106

1 m2 m

Respiratory regionHA TB AL

Dep

osi

ted

do

se (

ng

/kg

bw

/day

)

0

5x106

10x106

15x106

20x106

1 m2 m

(a) (b)

Particle size (nm)PM 0.011-0.1 PM 0.1-1.0 PM 1.0-2.5 PM 2.5-10

Inh

aled

do

se (

um

2 /kg

bw

/day

)

0

1x106

2x106

3x106

4x106

5x106

6x106

7x1061 m2 m

Respiratory regionHA TB AL

Dep

osi

ted

do

se (

um

2 /kg

bw

/day

)

0

1x106

2x106

3x106

4x106

5x106

6x106

7x1061 m2 m

(c) (d)

Fig. 3-23. 분사형태별 거리에 따른 흡입량과 호흡기 부위별 침착 입자 표면적 농도

비교 (a: 압축분사형 흡입량, b: 압축분사형 침착량, c: 수동분무형 흡입량, d:

수동분무형 침착량).

(2) 제품 용도에 따른 흡입량 및 호흡기 침착량

생활화학제품은 그 용도에 따라 사용되는 용매나 분사되는 입자의 특성이 다소 다를 수 있

다. 다음은 제품의 용도에 따라 인체로 흡입되는 양과 각 호흡기 부위별 침착되는 입자 수,

표면적 및 중량농도를 나타낸 것이다. 용도별 제품분류는 압축분사형 제품으로 탈취제 4종,

코팅제 3종, 방향제 1종을, 수동분무형 제품으로 탈취제 1종, 코팅제 1종, 방향제 1종, 세정제

1종으로 나누었다. 해당 그래프에서 Propellant(압축분사), Trigger(수동분무)는 각 제품들의 평

균값을 나타낸 것이다.

- 124 -

(가) 입자 수 농도 단위

표 3-26, 3-27 및 그림 3-24는 각 제품군에 따른 입자의 인체 내 흡입량과 각 호흡기 부위별

침착량을 요약한 것이다. 그림 3-24의 상단의 그림은 입자의 흡입량을 입자의 크기별로 나타

낸 것이고 하단은 호흡기 부위별 침착량을 입자수로 표시한 것으로 다음과 같은 특징이 있다.

○ 압축분사 형 제품 중에서 가장 흡입량이 많았던 제품군은 방향제로, 그 흡입량이 호흡반

경에서 2.26×109 개/kgbw/day 였으며, 이는 탈취제의 흡입량인 5.25×108 개/kgbw/day 의 4

배에 달하는 수치이다. 그에 비해 수동분무형 제품군 중 탈취제가 호흡기 영역에서의 흡입

량이 1.46×108 개/kgbw/day로 가장 많았고, 방향제가 7.54×107 개/kgbw/day로 그 다음이었

다.

○ 전반적으로 압축분사형 제품이 나노크기인 PM0.011-0.1이 PM0.1-1.0(100-1,000 nm)에 비해 많

은 입자가 발생하였으나, 코팅제의 경우 반대로 PM0.1-1.0의 수가 많아 제품군에 따른 차이

를 보였으며, 수동분무 형의 경우에는 제품군 간에 차이가 크게 나지 않았다.

○ 압축분사 형에서는 제품군과 무관하게 대부분의 입자가 폐포에 침착되었으며 수동분무

형에서도 같은 경향을 파악할 수 있었다.

○ 전반적으로 압축분사형 제품이 수동분무형 제품에 비해 단위체중 당 일일 흡입량이 높다.

압축분사형의 평균 흡입량은 5.84×108 개/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 6.59×107 개

/kgbw/day로 압축분사형이 약 10배 이상의 높은 흡입량을 보이고 있다.

○ 나노 크기의 입자나 극미세 입자의 흡입량이 이보다 큰 입자의 흡입량보다 훨씬 높다. 입

자수로 표시된 흡입량은 제품군에 상관없이 전반적으로 PM0.011-0.1(11-100 nm 크기로 나노

크기 입자에 해당)나 PM0.1-1.0(100~1000 nm)의 흡입량이 매우 높았다. 예를 들어 압축분사형

은 PM0.011-0.1의 입자 수가 흡입량으로 보았을 때 전체의 72.9±24.5%, PM0.1-1.0은

27.0±24.5%였고, 이보다 큰 PM1.0-2.5는 0.1%, PM2.5-10는 0.1% 이하였다. 수동분무형은

PM0.011-0.1 의 입자가 전제 입자 수에 대한 흡입량의 52.4±11.3%, PM0.1-1.0은 47.5±11.4%였

고, 이보다 큰 PM1.0-2.5는 0.1%, PM2.5-10는 0.1% 이하였다.

○ 입자 수로 표현된 호흡기계 부위별 침착량은 흡입량과 유사하게 압축분사형이 수동분무

형 제품보다 현저히 많았으며, 제품군에 관계없이 폐포 부위(AL)에서 가장 많았으며 비강

부위(HA)에서 가장 적었다. 압축분사형은 폐포 부위에서 1.91 × 108개/kgbw/day인 반면 수

동분무형은 1.12×107개/kgbw/day로 차이를 보였으며, 기관지계 총 침착량은 수동분무형이

2.83×108개/kgbw/day, 수동분무형은 1.59×107개/kgbw/day로 압축분사형 제품 사용 시 침착

량이 약 18 배 많았다.

○ 입자 수로 표현된 호흡기계 침착량은 폐포부위에사 가장 많았고 머리부위(비강부위)에서

가장 적었다. 즉 수동분무형은 폐포 부위에는 총 침착량의 67.9±2.0%가, 기관지부위에는

18.7±2.8%, 머리부위에는 13.4±1.9%가 침착되었고, 수동분무형은 각각 69.3±3.8%,

17.0±2.1%, 13.8±1.7%가 침착되었다.

- 125 -

Number(106 particles/kgbw/day)

탈취제 코팅제 방향제 Total

1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m

PM 0.011-0.1 472.99±370.72 195.26±140.99 38.93±14.27 49.04±34.10 1,720.94 273.81 466.21±601.77 150.25±128.76

PM 0.1-1.0 52.26±40.12 27.01±20.33 58.01±64.18 60.11±76.59 542.69 104.47 115.72±177.87 49.11±51.20

PM 1.0-2.5 0.21±0.16 0.77±0.72 0.08±0.04 0.75±0.42 0.12 0.93 0.15±0.12 0.79±0.52

PM 2.5-10 0.09±0.11 0.13±0.13 0.03±0.01 0.23±0.15 0.02 0.08 0.06±0.08 0.16±0.13

Total 525.56±406.75 223.19±147.58 97.06±72.69 110.15±111.21 2,263.79 379.31 582.15±760.97 200.32±145.7

HA 34.62±25.54 16.58±10.19 3.41±1.66 4.34±3.02 136.46 27.19 35.65±46.67 13.32±10.73

TB 54.75±39.65 24.96±16.32 3.61±1.02 4.09±2.04 216.57 37.62 55.8±74.39 18.72±16.74

AL 182.04±134.54 79.71±54.83 15.96±5.67 18.52±12.43 747.37 115.20 190.43±255.27 61.20±52.20

Total 271.42±199.61 121.26±81.09 22.99±8.00 26.96±17.46 1,100.41 180.02 281.88±376.29 93.24±79.45

Table 3-26. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(수 단위)

Number(106 particles/kgbw/day)

탈취제 코팅제 방향제 세정제 Total

1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m

PM 0.011-0.1 57.12 52.67 6.38 4.37 36.51 31.65 20.00 18.19 30.00±21.87 26.72±20.57

PM 0.1-1.0 89.23 92.41 4.85 5.51 38.83 34.12 10.49 10.12 35.85±38.56 35.54±39.93

PM 1.0-2.5 0.02 0.12 0.03 0.15 0.03 0.38 0.01 0.23 0.02±0.01 0.22±0.11

PM 2.5-10 0.01 0.03 0.01 0.04 0.01 0.14 0.02 0.16 0.01±0.01 0.09±0.06

Total 146.39 145.25 11.30 10.09 75.40 66.31 30.54 28.72 65.91±60.00 62.59±59.85

HA 4.62 5.03 0.66 0.58 2.19 2.29 1.23 1.45 2.17±1.74 2.34±1.92

TB 4.79 4.53 0.83 0.49 2.74 2.36 1.75 1.65 2.53±1.69 2.26±1.69

AL 22.56 21.51 2.71 1.93 12.62 10.97 7.03 6.52 11.23±8.57 10.23±8.37

Total 31.98 31.08 4.20 3.01 17.56 15.63 10.02 9.63 15.94±12.00 14.84±11.99

Table 3-27. 수동분무형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(수 단위)

- 126 -

Fig. 3-24. 생활화학제품의 입자 크기에 따른 수농도로 표시된 흡입량과 호흡계 침

착량.

(나) 질량 농도 단위

질량으로 표시된 인체 내 흡입량과 호흡기 부위별 침착량은 입자수로 표시했을 때와 상이한

양상을 보인다. 이런 특징은 나노입자를 비롯한 작은 입자의 수와 질량의 상반된 성격에 의하

기 때문이며 나노물질의 독성도 이런 이유로 인하여 큰 입자와 다르다는 것이 이미 보고되었

다.

표 3-28, 3-29와 그림 3-25는 각 제품군에 따른 입자의 인체 내 흡입량과 침착량을 질량 단

위(ng/kgbw/day)로 요약한 것이다. 그림 3-25의 상단은 입자의 흡입량을 입자 크기별로 나타

낸 것이고 하단은 호흡기 부위별 침착량을 질량으로 표시한 것으로 다음과 같은 특성이 있다.

- 127 -

○ 압축분사형 제품 중에서 가장 흡입량이 많았던 제품군은 탈취제로, 호흡반경에서 그 흡입

량이 5,800 ng//kgbw/day이었으며, 이는 압축분사 형 제품군 중 두 번째로 흡입량이 많은

방향제류의 2,920 ng//kgbw/day보다 약 2배 높은 수준이다. 수동분무형 제품의 경우 1.082

× 106μg//kgbw/day로 세정제류 제품군이 가장 높았다.

○ 전반적으로 압축분사형이 수동분무형에 비해 질량단위의 흡입량이 높았다. 압축분사형의

평균흡입량은 4,512 ng/kgbw/day인데 비해 압축분사형은 945 ng/kgbw/day로 압축분사형 제

품에서 약 4.7배 높은 침착량을 보였다.

○ 나노크기의 입자와 극미세 입자의 흡입량보다 그 이상으로 큰 입자의 질량단위 흡입량이

현저히 높았다. 질량으로 표시된 흡입량은 제품군에 상관없이 전반적으로 PM2.5-10(2.5-10μ

m)가 높고, 다음으로 PM0.1-1.0(100-1,000 nm)의 크기에서 높았다. 압축분사형은 PM2.5-10의 크

기에서의 흡입량이 전체 흡입량의 64.9±21.5%, PM0.1-1.0은 23.7±19.7%였고, 이보다 큰

PM1.0-2.5는 10.5±6.3%였으며 나노크기인PM0.011-0.1은 0.9±0.6 %로 질량단위 흡입량에서 차지

하는 비율이 낮았다. 수동분무형은 PM2.5-10 크기에서의 흡입량이 전체 흡입량의

73.8±20.9%, PM0.1-1.0은 19.6±21.2%였고, 이보다 큰 PM1.0-2.5는 5.9±3.0%, PM0.011-0.1은

0.7±0.7 %를 보여 압축분사형과 마찬가지로 나노크기 입자의 질량단위당 흡입량이 전체

흡입량에서 차지하는 비율이 낮았다.

○ 입자 질량으로 표현된 호흡기계 부위별 침착량도 압축분사형이 수동분무형보다 많았다. 기

관지계 총 침착량은 압축분사형이 3,683.9 ng/kgbw/day이고 수동분무형은 728.3

ng/kgbw/day로 압축분사형이 약 5.1배의 많이 침착되었다. 제품군에 관계없이 머리 부위(비

강부위)에서 가장 높고, 흉곽부위(기관지 부위, TB)에서 가장 낮았다. 압축분사형은 머리부

위 3,227.2 ng/kgbw/day이 침착되고, 다음으로 폐포 부위에서 294.5 ng/kgbw/day이, 흉곽부

위에서 162.2 ng/kgbw/day이 침착되었다. 수동분무형은 각각 627.2 ng/kgbw/day, 66.3

ng/kgbw/day, 34.9 ng/kgbw/day이 침착되어 압축분사형과 유사한 형태를 보였다.

○ 질량단위로 표현된 호흡기계 침착량을 백분율로 표시하면 압축분사형은 머리부위에 총 침

착량의 83.2±6.4%가, 기관지부위에는 5.2±1.0%, 폐포 부위에는 11.6±5.5%가 침착되었고,

수동분무형은 각각 85.5±3.0%, 4.9±0.4%, 9.6±2.8%가 침착되어 입자 수 단위로 표현된

침착량과 반비례하는 형태를 보였다.

- 128 -

Mass(μg/kgbw/day)

탈취제 코팅제 방향제 Total

1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m

PM 0.011-0.1 32.75±33.09 13.15±6.59 11.83±7.31 10.76±12.50 54.20 19.20 27.58±26.59 13.01±8.42

PM 0.1-1.0 600.85±639.45 786.80±487.78 470.46±445.66 779.90±656.06 1,987.30 1,620.00 725.26±704.41 888.36±558.88

PM 1.0-2.5 388.70±288.72 3,792.15±2,385.89 174.60±65.85 3,266.00±1,904.87 224.60 3,613.50 287.90±221.00 3,572.51±1,882.66

PM 2.5-10 4,778.10±7,322.89 8,385.97±5,786.89 2,082.83±1,311.31 15,008.06±10,474.06 654.20 3,009.30 3,251.88±5,133.62 10,197.17±8,054.25

Total 5,800.42±8,272.99 12,978.12±7,923.17 2,739.76±1,513.50 19,064.76±11,862.28 2,920.30 8,262.10 4,292.66±5,708.64 14,671.11±9,104.24

HA 4,461.92±6,780.02 9,631.65±6,096.39 1,940.46±1,225.87 15,497.86±10,063.67 728.20 4,200.60 3,049.66±4,750.48 11,152.60±7,821.95

TB 217.55±296.09 594.67±375.88 98.93±50.13 815.40±499.15 66.70 314.80 154.21±207.33 642.46±401.50

AL 369.45±460.54 1,026.52±647.05 179.00±86.34 1,285.66±768.80 238.90 655.20 281.71±319.70 1,077.28±627.56

Total 5,048.92±7,536.19 11,252.85±7,047.23 2,218.46±1,348.86 17,598.96±11,232.88 1,033.70 5,170.50 3,485.60±5,272.92 12,872.35±8,768.27

Table 3-28. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(중량 단위)

Mass(μg/kgbw/day)

탈취제 코팅제 방향제 세정제 Total

1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m 1 m 2 m

PM 0.011-0.1 13.00 12.20 0.80 0.60 9.40 8.20 3.30 1.30 6.62±5.57 5.57±5.59

PM 0.1-1.0 601.30 971.30 49.20 108.20 113.80 221.50 47.90 55.30 203.05±267.27 339.07±427.14

PM 1.0-2.5 45.80 528.70 67.20 758.30 53.30 1,895.50 32.90 1,041.60 49.80±14.33 1,056.02±597.67

PM 2.5-10 541.40 2,174.50 661.00 2,045.40 464.10 6,778.10 1,076.70 7,718.60 685.80±272.89 4,679.15±2,991.86

Total 1,201.50 3,686.60 778.10 2,912.50 640.70 8,903.30 1,160.80 8,816.80 945.27±278.57 6,079.8±3,226.06

HA 529.20 2,329.30 598.80 2,245.70 418.60 7,071.80 962.20 7,492.30 627.20±235.33 4,784.77±2,888.91

TB 30.80 129.30 34.10 143.40 26.90 436.70 47.80 406.70 34.90±9.08 279.02±165.30

AL 84.70 259.30 56.60 234.20 51.30 685.50 72.30 585.30 66.22±15.20 441.07±228.31

Total 644.80 2,717.90 689.50 2,623.30 496.80 8,194.00 1,082.30 8,484.30 728.35±249.92 5,504.87±3,275.11

Table 3-29. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(중량 단위)

- 129 -

Fig. 3-25. 생활화학제품의 입자 크기에 따른 질량농도로 표시된 흡입량과 호흡기계

침착량.

(다) 표면적 농도 단위

표면적으로 표시된 인체 내 호흡량과 호흡기 부위별 침착량은 입자수와 질량과는 또 다른

양상을 보였다. 나노물질의 독성이 입자의 질량보다는 표면적과 입자수를 단위로 사용할 때

더 적합하다는 보고가 있지만, 본 연구에서 생활화학용품 사용 시 나오는 입자는 그 단위에

따라 흡입량 및 침착량에 큰 차이가 있었다. 표면적으로 표현했을 때 가장 큰 특징은 흡입량

은 입자의 크기가 0.1-1.0 ㎛일 때 가장 큰 표면적 농도를 보이고 있었다. 그러나 체내 각 호

흡기 부위별 침착율은 머리부위에서 가장 높고, 폐포 부위, 기관지 부위 순이었다.

- 130 -

그림 3-26은 각 제품군에 따른 입자의 인체 내 흡입량과 침착량을 입자의 표면적 단위(㎛2/kgbw/day)로 표시한 그림이다. 상단의 그림은 입자의 흡입량을 입자 크기별로 나타낸 것이

고 하단의 그림은 호흡기 부위별 침착량을 표면적으로 표시한 것이다. 표 3-30, 3-31 및 그림

57을 요약하면 다음과 같다.

○ 압축분사 형 제품 중에서 표면적 기준으로 가장 흡입량이 많았던 제품군은 방향제로, 호

흡반경에서 그 흡입량이 58.0×106 μm2/kgbw/day였으며, 이는 다른 두 제품군인 코팅제

(9.78×106 μm2/kgbw/day)와 탈취제(8.80×106 μm2/kgbw/day)에 비해 매우 높은 수치이다.

○ 압축분사형 제품은 입자의 크기가 작아질수록 표면적이 증가한 반면, 수동분무형 제품은

입자의 크기와 흡입되는 입자의 표면적 간 연관성을 보이지 않았다.

○ 전반적으로 압축분사형이 수동분무형에 비해 표면적 단위의 흡입량이 높았다. 압축분사형

의 평균 흡입량은 1.54×107 ㎛2/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 5.31 ×106 ㎛2/kgbw/day

로 압축분사형이 약 2.9 배의 높은 침착량을 보였다.

○ 표면적으로 표시된 입자의 흡입량은 PM0.1-1.0크기에서 가장 높은 농도를 보이고 있고,

PM1.0-2.5 입자의 크기에서 가장 낮았다. 압축분사형은 PM0.1-1.0크기에서의 흡입량이 전체 흡

입량의 61.9±16.1%, PM0.11-0.1은 13.2±8.4%였고, PM1.0-2.5는 7.2±4.0%, PM2.5-10은 17.7±10.8

%였다. 수동분무형은 PM0.1-1.0크기에서의 흡입량이 전체 흡입량의 59.4±22.9%, PM0.11-0.1은

8.1±4.6%였고, PM1.0-2.5는 5.9±5.1%, PM2.5-10은 26.6±20.7 %였다.

○ 입자 표면적 단위로 표현된 호흡기계 부위별 침착량도 압축분사형이 수동분무형보다 현저

히 많았다. 기관지계 총 침착량은 압축분사형이 4.13×106 ㎛2/kgbw/day이고, 수동분무형은

1.46×107 ㎛2/kgbw/day로 약 2.8배의 차이를 보였다.

○ 제품군에 관계없이 표면적 단위 당 침착량은 머리 부위(비강부위)에서 가장 높고, 흉곽부

위(기관지 부위, TB)에서 가장 낮았다. 압축분사형은 머리부위 2.16 ×106 ㎛2/kgbw/day가

침착되고, 다음으로 폐포 부위에 1.61×106 ㎛2/kgbw/day이, 기관지부위에 3.63×105 ㎛2/kgbw/day가 침착되었다. 수동분무형은 각각 8.90×105 ㎛2/kgbw/day, 4.70×105 ㎛2/kgbw/day, 1.05×105 ㎛2/kgbw/day이 침착되었다.

○ 즉, 표면적 단위로 표현된 호흡기계 침착량을 백분율로 표시하면 압축분사형은 머리부위에

총 침착량의 58.4±15.0%가, 기관지부위에는 8.1±2.1%, 폐포부위에는 33.5±13.0%가 침착되

었고, 수동분무형은 부위별로 각각 64.2±16.1%, 7.0±1.3%, 28.7±15.0%가 침착되었다.

- 131 -

Surface area(×106μm2/kgbw/day)

탈취제 코팅제 방향제 Total

1m 2m 1m 2m 1m 2m 1m 2m

PM 0.011-0.1 1.52±0.90 1.20±0.57 0.46±0.38 0.69±0.76 6.35 1.51 1.73±2.03 1.05±0.63

PM 0.1-1.0 4.50±0.62 7.78±4.25 7.49±9.29 9.29±9.79 50.02 19.96 11.31±16.48 9.87±7.23

PM 1.0-2.5 0.84±0.33 9.72±6.13 0.46±0.35 8.24±4.75 0.79 9.48 0.69±0.34 9.13±4.81

PM 2.5-10 1.91±1.27 9.50±6.43 1.36±0.95 14.40±9.59 0.80 3.56 1.57±1.06 10.59±7.61

Total 8.80±2.13 28.21±15.31 9.78±10.98 32.64±22.68 58.00 34.52 15.31±18.27 30.66±15.96

HA 2.30±1.20 14.67±8.77 1.67±1.35 18.25±10.90 2.79 10.01 2.13±1.14 15.43±8.65

TB 0.28±0.07 1.18±0.64 0.17±0.15 1.25±0.78 1.23 0.99 0.36±0.36 1.18±0.60

AL 1.03±0.25 2.86±1.42 0.78±0.83 2.81±1.99 6.21 3.40 1.59±1.93 2.91±1.43

Total 3.62±1.39 18.71±10.78 2.63±2.34 22.31±13.47 10.23 14.41 4.08±2.97 19.52±10.44

Table 3-30. 압축분사형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(표면적 단위)

Surface area(×106μm2/kgbw/day)

탈취제 코팅제 방향제 세정제 Total

1m 2m 1m 2m 1m 2m 1m 2m 1m 2m

PM 0.011-0.1 0.84 0.78 0.05 0.04 0.59 0.51 0.22 0.09 0.42±0.35 0.35±0.35

PM 0.1-1.0 11.05 15.01 0.74 1.20 2.96 3.42 0.98 0.66 3.93±4.84 5.07±6.73

PM 1.0-2.5 0.16 1.33 0.23 1.86 0.18 4.61 0.11 2.39 0.17±0.05 2.55±1.44

PM 2.5-10 0.57 2.13 0.76 2.31 0.57 7.54 1.12 7.92 0.76±0.25 4.97±3.18

Total 12.63 19.25 1.80 5.42 4.33 16.10 2.45 11.07 5.30±5.00 12.96±6.05

HA 1.06 3.49 0.78 3.18 0.66 9.43 1.04 10.46 0.89±0.20 6.64±3.84

TB 0.17 0.33 0.05 0.23 0.10 0.70 0.08 0.67 0.10±0.05 0.48±0.23

AL 1.05 1.55 0.15 0.49 0.44 1.47 0.22 1.16 0.46±0.40 1.17±0.48

Total 2.29 5.38 1.00 3.91 1.20 11.61 1.35 12.30 1.46±0.57 8.30±4.27

Table 3-31. 수동분무형 제품의 입자 크기에 따른 인체 흡입량 및 호흡기계 침착량(표면적 단위)

- 132 -

Fig. 3-26. 생활화학제품의 입자 크기에 따른 표면적으로 표시된 흡입량과 호흡기계

침착량.

- 133 -

마. 실시간 측정기기 간 상관성 비교

클린룸 실험에서는 측정기기를 이용한 실시간 모니터링 방법과 필터를 이용한 시간누적채

취방법을 사용하였다. 나노입자에 대한 주 측정방법이 실시간 측정기기를 이용한 것을 감안하

였을 때 측정기기 간의 상관성은 중요하다. 또한 기기 간 측정원리와 표시단위(metric), 측정

범위에도 다소 차이가 있어 측정치에 대한 기기의 상관성 분석이 필요하다. 따라서 클린룸 실

험에서 측정한 결과 값을 이용하여 피어슨(Pearson) 상관분석을 수행하여 제품 분사방식에 따

른 상관성을 비교하였다. 본 연구에서 나노크기의 입자가 대상임을 고려하여 SMPS와 OPS,

Dust-trak 등 입자 크기별 측정이 가능한 기기의 경우 가장 작은 채널 측정값을 분석하였다.

(1) 압축분사형 제품에 대한 측정기기 상관성

압축분사형 제품의 분사 시 발생하는 공기 중 입자에 대한 측정기기간 상관성을 비교하였

다(표 3-32). 100 nm 이하의 SMPS 측정자료를 기준으로 11-420 nm 범위의 SMPS 총 입자 수

농도 간 상관성이 가장 높았다(p<0.0001, r=0.91). 이는 SMPS로 측정한 총 입자 수 중 나노 크

기 이하의 입자가 차지하는 비율이 높은 것에 기인한다. 압축 분사형 제품의 경우, 입자 수

농도를 측정하는 SMPS(100 nm 이하), OPS(300 nm 이하) 및 CPC를 비롯하여 입자 표면적을

측정하는 Aero-trak, 중량을 측정하는 Dust-trak 등 측정 표시단위가 다른 측정기기 간에도

모두 유의한 상관관계를 보였다(p<0.0001, r=0.61-0.95).

　 CPC SMPS (<100 nm)

SMPS (Total)

OPS (<300 nm) Aero-trak Dust-trak

(PM1.0)N

CPC 1 1,252

SMPS (<100 nm) 0.95 1 1,252

SMPS (Total) 0.88 0.91 1 1,252

OPS (<300 nm) 0.70 0.64 0.78 1 1,252

Aero-trak 0.85 0.75 0.84 0.80 1 1,252

Dust-trak (PM1.0)

0.66 0.61 0.65 0.91 0.71 1 1,252

all p < 0.0001.

Table 3-32. 압축분사형 제품의 공기 중 나노입자에 대한 측정기기간 상관성

(2) 수동분무형 제품에 대한 측정기기 상관성

수동분무형 제품은 압축분사형과는 다른 양상을 보였다(표 3-23). 입자 수 농도를 측정하

는 SMPS(100 nm 이하)와 CPC 간 기기 상관성은 높았으나, OPS(300 nm 이하)와는 낮은 상관

관계를 보였다. 압축분사형 제품과 같이 100 nm 이하의 SMPS 측정 자료를 기준으로 11-420

nm 범위의 SMPS 총 입자 수농도 간 높은 상관관계를 보여 나노 크기 이하의 입자가 차지하

는 비율이 높음을 나타내었다(p<0.0001, r=0.91). 모든 측정기기 간 상관계수가 압축분사형 제

품에 비해 낮고, 일부 기기 간에는 음의 상관관계를 보였다. 이는 수동분무형 제품이 압축분

- 134 -

사형과는 달리 분사 후 입자의 농도가 매우 낮고 농도 변화폭이 제한적인 것에 기인할 수 있

으며, 분사되는 입자의 크기가 미스트 형태로써 상대적으로 큰 입자가 발생함에 의한 것으로

판단된다.

　 CPC SMPS (<100 nm)

SMPS (Total)

OPS (<300 nm) Aero-trak Dust-trak

(PM1.0)N

CPC 1 621

SMPS (<100 nm) 0.89* 1 621

SMPS (Total) 0.98** 0.91* 1 621

OPS (<300 nm) -0.10*** -0.43* -0.14** 1 621

Aero-trak 0.25* 0.31* 0.24* -0.18* 1 621

Dust-trak (PM1.0)

-0.08** -0.41* -0.12** 0.97* -0.14** 1 621

* p < 0.0001, ** p < 0.01, *** p < 0.05

Table 3-33. 수동분무형 제품의 공기 중 나노입자에 대한 측정기기간 상관성

- 135 -

4절. 나노제품에 함유된 주요 나노물질의 독성참고치 결정

1. 이산화티타늄(TiO2)

가. 자료수집

TiO2 흡입독성실험의 결과로 PMN을 관찰한 자료들을 수집하여 노출경로별, 실험종별로 우

선 분류하였다. 표 3-34와 같이 기관지주입법을 활용한 랫트 대상 실험 자료가 14건으로 가장

많았다. 14건의 자료의 독성값은 기관지 폐포 세척액 중 1) PMN의 총개수와 2) PMN의 비율

형태로 표기되어 있는데, PMN의 총 개수는 실험실 및 실험법의 차이(폐포 세척 횟수 및 용

량) 등으로 인해 여러 실험실에서 도출된 데이터를 통합하여 사용하기에는 다소 무리가 있지

만 PMN의 비율은 폐 세척액 내에서 차지하는 비율로서 실험방법의 차이가 영향을 큰 영향을

주지 않으므로(조완섭 등, 2013) 가장 적절한 표기법으로 판단하여 PMN을 % 단위로 표기한 6

개의 자료를 이용하여 양-반응 평가를 수행하였다.

시험종

노출경로

기관지주입 (intratracheal instillation)

흡입 (inhalation)

논문수 PMNa) (#)PMN(%)

논문수 PMN (#)PMN(%)

랫트 14 11 6 5 4 4

마우스 1 1 1 5 4 4

햄스터 - - - 2 1 1

총합 15 12 7 12 9 9a) 기관지폐포세척액(BALF) 중 PMN의 절대수(count)

Table 3-34. 반응지표를 PMN으로 관찰한 TiO2 흡입독성시험의 자료 수

나. 양-반응 분석

(1) BMDL 추정

표 3-34의 6개 자료에서 추출한 데이터들은 BMDS 모델에 입력하여 POD를 예측하기 위해

노출량의 단위로 랫트의 체내에 축적된 나노 TiO2 입자의 총 표면적 (cm2/rat), 반응의 단위로

폐포세척액 중 PMN의 비율 (%)로 적절하게 환산하였다. 환산된 값과 노출량의 각 지점 당 희

생된 동물의 수, PMN(%)의 표준편차의 정보를 BMDS 모델에 입력하여 실행시키면 BMDL을

추정할 수 있다(그림 3-27). 총 16개의 모델이 적용된 그래프 중 입력데이터를 가장 잘 설명

할 수 있는 모델로 exponential 5 model이 선택되었다. 이 모델이 추정한 BMDL은 154.9

cm2/rat이며, 체내에 축적된 나노 TiO2 입자의 표면적이 154.9 cm2일 때의 질량을 계산하면(48

m2/g TiO2) 322.6 μg/rat와 같다.

- 136 -

Fig. 3-27. BMDS 모델로 추정한 나노 TiO2의 BMD(L).

(2) BMDL 상응 공기 중 농도 예측

나노 TiO2 입자의 BMDL (322.6 μg/rat)에 상응하는 공기 중 농도를 계산하기 위해서

MPPD 모델을 사용하였다. 모델에 입력된 노출시나리오는 다음과 같다.

- 1일 노출 시간 (4시간)

- 노출 농도 (1mg/m3 가정)

- 노출 입자 크기 (TiO2, 10 - 100 nm 노출을 가정)

(a) 10 nm 노출 가정 (b) 100 nm 노출 가정

Fig. 3-28. 나노 TiO2 입자의 1일 호흡기 부위별 축적량(Head: 두부, TB: 기관지, P:

폐포, Total: 호흡기 전체).

- 137 -

MPPD 모델을 통해 도출된 노출시나리오 별 체내 축적률은 그림 3-28과 같다. 나노 TiO2입

자가 1mg/m3의 농도로 하루에 4시간 노출될 경우 폐포(점선으로 표기)에 축적되는 양을 TiO2

입자 크기별로 정리하면 표 3-35의 일일 폐포 축적량과 같다.

입자 크기 (nm)

일일 폐포 축적량(μg/rat/day)

1일 POD (322.6 μg/rat) 상응 공기중 농도(mg/m3)

10 9.0 35.8a)

25 15.5 20.8

100 9.9 32.6a) 1 mg/m3 : 9 μg/rat/day = X mg/m3 : 322.6 μg/rat/day

Table 3-35. POD 상응 공기 중 농도 도출 (1 mg/m3 농도로 4시간 노출)

10 nm 크기의 공기 중 TiO2 1mg/m3에 노출 시 폐포에 쌓이는 축적량은 하루에 9 μg이며,

100 nm 크기로 노출될 경우 각각 9.9 μg이 축적된다. 하루에 폐포에 축적되는 양이 도출되

었으므로 POD인 322.6 μg이 축적되는데 요구되는 공기 중 농도는 표43의 비례식을 통해 쉽

게 계산할 수 있다. 10 nm 크기의 TiO2 35.8 mg/m3의 농도로 랫트에 노출시키면 하루만에 랫

트의 몸에 322.6 μg이 축적될 수 있다.

다. 독성참고치 잠정안 결정

표 3-35에서 계산된 입자 크기별 POD에 사람으로의 외삽을 위한 불확실성계수를 보정하여

독성참고치 잠정안을 결정할 수 있다(표 3-36). 주요 기관에서 사용하고 있는 불확실성계수를

본 연구의 데이터 특성에 따라 적용시켰다. 가령 미국환경청 (U.S EPA)에서는 POD를 산출할

때 Toxicokinetics (TK)가 반영이 되었을 경우 랫트에 있어서 4를 적용하도록 규정하고 있다.

마우스의 경우에는 7이며 랫트보다 몸집이 큰 동물일 경우에는 보정계수가 줄어들도록 설계

되어 있다. 본 연구 데이터는 랫트의 MPPD모델을 사용함으로서 TK가 적용되었으므로 EPA와

WHO의 규정대로 4를 적용하였으며 ECETOC에서는 TK 반영 유무와 무관하게 랫트의 경우 4

를 적용하도록 하고 있다. 종내변이는 EPA는 10, WHO는 TK/TD 반영 유무에 따라 다르며

ECETOC에서는 일반인/작업자 유무에 따라 다른 값을 적용하고 있다.

- 138 -

POD (mg/m3) 20.8-35.8 (ϕ= 10-100 nm)

불확실성계수 EPA WHO ECETOCa) MFDSb)

1) 종간변이 4 4 4 10

2) 종내변이 10 10 5 10

3) 노출기간보정 10 10 6 10

총합 400 400 120 1000

독성참고치 잠정안(μg/m3) 52 – 89.5 52 – 89.5 173.3 – 298.3 21 - 36

일반적 흡입 독성참고치 ACGIH TLV 10 mg/m3 (8시간/일, 주간5일 작업 시)a) ECETOC: European centre for ecotoxicology and toxicology of chemicalsb) MFDS: Ministry of food and drug safety

Table 3-36. 나노 TiO2 입자의 크기별 독성참고치의 범위 제안

라. 독성참고치 비교

유럽과 미국, 일본에서 제시하고 있는 독성참고치는 랫트를 이용한 흡입독성실험의 결과를

바탕으로 도출되었다(표 3-37). 참고 된 자료의 수는 유럽과 일본의 경우는 각 1개씩이며 미

국 NIOSH의 경우에는 동일 연구자의 2개 논문(Burmudez et al. (2002 & 2004))을 사용하였으

며 이중 2002년 자료는 유럽에서 사용한 자료와 동일하다. 유럽과 일본의 경우 POD로

NOAEL을 사용하였고 NIOSH만이 BMDL을 사용하였다. 각 기관의 불확실성계수를 반영한 최

종 인체 무영향농도(독성참고치)는 유럽이 17 μg/m3으로 가장 보수적이었고, 미국과 일본이

각각 300, 1200 μg/m3으로 제안하고 있다. 본 연구에서는 랫트를 이용한 기관지주입 독성실

험 문헌 5개를 사용하였고 10 nm, 25 nm, 100 nm에 노출된다는 가정 하에 20.8–35.8 μg/m3

범위의 독성참고치가 계산되었다. 노출방법의 차이(기관지 주입-> 흡입)에 대한 불확실성계수

적용 기준이 전무하므로 국내(식약처, 국립환경과학원)에서 적용하는 가장 보수적인 계수를

적용하여 독성참고치 잠정안을 결정하고자 했다. 계산된 참고치 수준은 유럽에서 제시하는 기

준과 근사하고 일본 및 미국의 기준보다는 보수적인 기준으로 확인되었다.

- 139 -

ECHAa)

(EU)NEDOb)

(Japan)NIOSH(US)

This study (1일 4시간 노출가정)

참고자료의 수 1 1 2 5노출경로 및

시험종흡입 (Rats) 기관지주입 (Rats)

입자크기 GM 21 nm GM 25 nm GM 21nm,

GM 1400nm10 nm 25 nm 100 nm

노출기간6 hr/d * 13wk

0.5 ~ 10 mg/m3

8 hr/d * 5day

0.5 ~ 10 mg/m3

6 hr/d * 13wk

0.5 ~ 10 mg/m3 다양한 농도 1회 노출

주요 health

outcomePMN # 폐염증

52주후

폐암발생개체수PMN (%)

POD 도출방식 NOAEL NOAEL BMDL BMDLPOD (Rats)

(mg/m3)0.5 mg/m3 2 mg/m3 10 mg 35.8 20.8 32.6

비고0.25

(사람으로 보정)

외적노출농도의 85%

폐침적

사람으로 보정,

(폐암위험을 1/1000

줄이는 농도)

- - -

종간변이 1.5 1 1 10 (MFDS)

종내변이 5 (작업자) 1 1 10 (MFDS)노출기간 2 2 1 10

인체무영향농도

(mg/m3)0.017 1.2 0.3 0.036 0.021 0.033

일반적

흡입독성참고치

(마이크론크기)

ACGIH TLV 10 mg/m3 (8시간/일, 주간5일 작업시)

a)ECHA: European chemicals agencyb)NEDO: New energy and industrial technology development organization

Table 3-37. 나노 TiO2 입자 독성참고치 비교

- 140 -

2. 은 (AgNP)

가. 자료수집

AgO 흡입독성실험의 결과로 PMN을 관찰한 자료들을 수집하여 노출경로별, 실험종별로 우

선 분류하였다. 표 3-38을 살펴보면 마우스를 이용한 흡입독성 실험 논문이 5개로 가장 많았

고 그 뒤를 이어 랫트를 대상으로 한 흡입 및 기관지 주입 논문이 각 3개씩 검색되었다. 기존

나노독성 참고치와의 비교를 위해서 마우스를 통한 실험결과는 배제하였고 우선적으로 랫트

를 이용한 흡입독성 논문 3개를 살펴보았다. 이 3개의 논문에서 PMN은 모두 절대수(count)로

표기되어 있었다. PMN을 비롯한 총 세포의 개수 정보가 있어서 PMN의 절대수를 %로 계산할

수 있었지만 각 연구마다 노출 이후 관찰시점이 달라 자료의 통합에 무리가 있다고 판단하였

다. 예를 들어 연구1의 경우에는 마지막 노출 이후 1일 뒤, 연구2는 1주일 뒤, 연구3은 90일

뒤 부검하여 관찰된 PMN이므로 데이터를 통합하여 양-반응 분석을 할 수 없었다. 랫트에 기

관지 주입법으로 실험한 자료 3건은 모두 PMN의 수로 표기하고 있으며 3건 가운데 1건만이

입자의 표면적을 계산할 수 있어 그 자료를 사용하여 참고치를 산정하고자 하였다.

시험종

노출경로기관지주입

(intratracheal instillation)

흡입

(inhalation)

논문수PMNa) (count)

PMN(%)

논문수PMN

(count)PMN(%)

랫트 3 3 - 3 3 -

마우스 1 1 - 5 4 -

햄스터 - - - - - -

총합 15 12 7 8 7 -a) 기관지폐포세척액(BALF) 중 PMN의 절대수(count)

Table 3-38. 반응지표를 PMN으로 관찰한 AgNP의 흡입독성시험의 자료 수

나. 양-반응 분석

(1) BMDL 추정

표 3-38의 1개 자료에서 추출한 데이터들은 BMDS 모델에 입력하여 POD를 예측하기 위해

노출량의 단위로 랫트의 체내에 축적된 나노 Ag 입자의 총 표면적 (cm2/rat)으로 환산하였고,

반응의 단위로 폐포세척액 중 PMN의 총 개수를 사용하였다. 환산된 값과 노출량의 각 지점

당 희생된 동물의 수, PMN 수의 표준편차의 정보를 BMDS 모델에 입력하여 실행시키면

BMDL을 추정할 수 있다(그림 3-29). 총 16개의 모델이 적용된 그래프 중 입력데이터를 가장

잘 설명할 수 있는 모델로 exponential 2 model이 선택되었다. 이 모델이 추정한 BMDL은 34.5

cm2/rat이며, 체내에 축적된 나노 TiO2 입자의 표면적이 34.5 cm2일 때의 질량을 계산하면(7.3

m2/g TiO2) 472.6 μg/rat와 같다.

- 141 -

Fig. 3-29. BMDS 모델로 추정한 AgNP의 BMDL.

(2) BMDL 상응 공기 중 농도 예측

AgNP의 BMDL (472.6 μg/rat)에 상응하는 공기 중 농도를 계산하기 위해서 MPPD 모델을

사용하였다. 모델에 입력된 노출시나리오는 다음과 같다.

- 1일 노출 시간 (4시간)

- 노출 농도 (1mg/m3 가정)

- 노출 입자 크기 (AgNP, 10 - 100 nm 노출을 가정)

(a) 10 nm 노출 가정 (b) 100 nm 노출 가정

Fig. 3-30. AgNP의 1일 호흡기 부위별 축적량(Head: 두부, TB: 기관지, P: 폐포,

Total: 호흡기 전체).

- 142 -

MPPD 모델을 통해 도출된 노출시나리오 별 체내 축적률은 그림 3-30과 같다. AgNP가 1

mg/m3의 농도로 하루에 4시간 노출될 경우 폐포(점선으로 표기)에 축적되는 양을 AgNP 크기

별로 정리하면 표 3-39의 1일 폐포 축적량과 같다.

입자 크기 (nm)

일일 폐포 축적량(μg/rat/day)

1일 POD (322.6 μg/rat) 상응 공기 중 농도(mg/m3)

10 9.0 52.5a)

25 15.5 30.5

100 9.9 47.7a) 1 mg/m3 : 9 μg/rat/day = X mg/m3 : 322.6 μg/rat/day

Table 3-39. POD 상응 공기 중 농도 도출 (1 mg/m3 농도로 4시간 노출)

10 nm 크기의 공기중 Ag 1mg/m3 노출 시 폐포에 쌓이는 축적량은 하루에 9 μg이며 25,

100 nm 크기로 노출될 경우 각각 15.5, 9.9 μg이 축적된다. 하루에 폐포에 축적되는 양이 도

출되었으므로 POD인 472.6 μg이 축적되는데 요구되는 공기 중 농도는 표 3-39의 비례식을

통해 쉽게 계산할 수 있다. 10 nm 크기의 Ag 52.5 mg/m3의 농도로 랫트에 노출시키면 하루만

에 랫트의 몸에 472.6 μg이 축적될 수 있다.

다. 독성참고치 잠정안 결정

표 3-39에서 계산된 입자 크기별 POD에 사람으로의 외삽을 위한 불확실성계수를 보정하여

독성참고치 잠정안을 결정할 수 있다(표 3-40). 주요 기관에서 사용하고 있는 불확실성계수를

본 연구의 데이터 특성에 따라 적용시켰다. 가령 미국환경청 (U.S EPA)에서는 POD를 산출할

때 Toxicokinetics (TK)가 반영이 되었을 경우 랫트에 있어서 4를 적용하도록 규정하고 있다.

마우스의 경우에는 7이며 랫트보다 몸집이 큰 동물일 경우에는 보정계수가 줄어들도록 설계

되어 있다. 본 연구 데이터는 랫트의 MPPD모델을 사용함으로서 TK가 적용되었으므로 EPA와

WHO의 규정대로 4를 적용하였으며 ECETOC에서는 TK 반영 유무와 무관하게 랫트의 경우 4

를 적용하도록 하고 있다. 종내변이는 EPA는 10, WHO는 TK/TD 반영 유무에 따라 다르며

ECETOC에서는 일반인/작업자 유무에 따라 다른 값을 적용하고 있다.

- 143 -

POD (mg/m3) 20.8-35.8 (ϕ= 10-100 nm)

불확실성계수 EPA WHO ECETOCa) MFDSb)

1) 종간변이 4 4 4 10

2) 종내변이 10 10 5 10

3) 노출기간보정 10 10 6 10

총합 400 400 120 1000

독성참고치 잠정안 (μg/m3) 76.3 – 131.3 76.3 – 131.3 254.2 – 437.5 31 - 53

일반적 흡입 독성참고치 ACGIH TLV 0.1 mg/m3 (8시간/일, 주간5일 작업 시)a) ECETOC: European centre for ecotoxicology and toxicology of chemicalsb) MFDS: Ministry of food and drug safety

Table 3-40. AgNP의 크기별 독성참고치의 범위 제안

라. 독성참고치 비교

덴마크에서 제시하고 있는 독성참고치는 랫트를 이용한 흡입독성실험의 결과를 바탕으로

도출되었다(표 3-41). 하나의 참고자료로 독성참고치 잠정안을 도출하였으며 동일한 데이터를

사용하되 반응지표를 PMN의 수와 폐염증 지표로 달리하여 분석하였다. PMN의 개수를 관찰

한 연구의 경우 POD로 NOAEL을 사용하였고 참고치 계산 시 보정계수를 적용하였다. 이때

보정계수의 최소값과 최대값을 모두 적용하여 0.33–0.1 μg/m3의 독성참고치 잠정안을 산출했

다. 반면 폐염증 지표로부터 도출된 독성참고치 잠정안은 1.25 μg/m3으로 작게는 4배 많게는

13배 가량의 차이를 보였다. 본 연구에서는 랫트를 이용한 기관지주입 독성실험 문헌 1개를

사용하였고 10 nm, 25 nm, 100 nm에 노출된다는 가정 하에 0.031 – 0.053 μg/m3 범위의 독

성참고치 잠정안이 계산되었다. 노출방법의 차이(기관지 주입-> 흡입)에 대한 불확실성계수

적용 기준이 전무하므로 국내(식약처, 국립환경과학원)에서 적용하는 가장 보수적인 계수를

적용하여 독성참고치 잠정안을 결정하고자 했다. 계산된 참고치 수준은 덴마크에서 제시하는

기준보다 상당히 보수적인 수준으로 확인되었다.

- 144 -

Danish EPA (Denmark)

This study (1일 4시간 노출가정)

참고자료의 수 1 1 1노출경로 및 시험종 흡입 (Rats) 기관지주입 (Rats)입자크기 GM 18 nm GM 18 nm 10 nm 25 nm 100 nm

노출기간6 hr/d * 13wk

0.05 ~ 0.5 mg/m3다양한 농도 1회 노출

주요 health outcome PMN # 폐염증 PMN (%)POD 도출방식 LOAEL NOAEL BMDLPOD (Rats) (mg/m3) 0.05 0.1 52.5 30.5 47.7

비고

0.025 mg/m3

(사람으로

보정)

- - - -

LOAEL -> NOAEL Min: 3 Max: 10 - - - -종간변이 2.5 4 10 (MFDS)종내변이 5 10 10 (MFDS)노출기간 2 2 10

인체무영향농도(μg/m3)Min: 0.33

Max: 0.1 1.25 0.053 0.031 0.048

일반적 흡입독성

참고치 (마이크론크기)ACGIH TLV 0.1 mg/m3 (8시간/일, 주간5일 작업시)

Table 3-41. AgNP의 독성참고치 비교

3. 나노입자 별 독성참고치 잠정안 제안

TiO2 AgNP

노출시간 1일 4시간 노출가정

입자크기 (nm) 10 – 100 Health outcome PMN (%) PMN (#)

POD 도출방식 BMDL

POD (Rats), mg/m3 20.8 – 35.8 30.5 – 52.5 불확실성계수

1) 종간변이 10

2) 종내변이 10

3) 노출기간 10

보정계수의 합 1,000

독성참고치 잠정안 21 – 36 μg/m3 31 – 53 μg/m3

Table 3-42. TiO2, Ag의 제안 독성참고치

4. 클린룸 측정값과 제안 독성참고치 잠정안 비교

표 3-43은 클린룸 실험에서 SMPS를 이용하여 측정한 중량농도와 문헌조사를 통해 도출한

- 145 -

독성참고치 잠정안을 비교한 것이다. SMPS의 측정범위 11-420 nm 중 나노크기에 해당하는

100 nm 이하에 해당하는 중량농도를 선정하였으며, 본 연구에서 제시하는 독성참고치 잠정안

과는 다소 차이를 보였다. 독성참고치의 경우 8시간 가중평균을 기준으로 한 반면, SMPS 측

정치는 우리나라 노출계수를 반영한 시간가중평균농도(5-138분)이며 제품마다 분사된 양과 각

측정 사이즈별 분포의 차이에 기인한 것으로 추정된다. 아래 결과에서는 AgNP를 함유한 한

개의 제품이 제시된 잠정 독성참고치 범위에 포함되었으나, 다른 제품에 있어서는 SMPS 측정

치와 독성참고치 잠정안 간 차이를 보였다.

Product Type Spray type NanomaterialSMPS Conc. (µg/m3)

Reference dose

(µg/m3)

제품 A 탈취제 Propellant

AgNP

13.6

31-53

제품 B 탈취제 Propellant 33.6

제품 D 탈취제 Propellant 5.82

제품 E 탈취제 Propellant 3.4

제품 G 방향제 Propellant 0.7

제품 K 방향제 Trigger 0.7

제품 I 탈취제 Trigger TiO2 0.3 21-36

Table 3-43. 클린룸에서의 SMPS 측정치와 독성참고치 잠정안 비교

- 146 -

5절. 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련

1. 노출평가 로드맵 작성

본 연구는 국내에서 생활화학제품에 함유된 나노물질의 노출시나리오 작성 및 독성참고치

결정에 관한 최초의 연구이다. 본 연구를 통하여 생활화학제품에 함유된 나노물질을 파악하였

고, 사용 중 주로 호흡기를 통한 흡입노출이 일어나는 것을 공기 중 거동특성 평가를 통해 확

인하였다.

생활화학제품에 함유된 나노물질의 노출과 독성치 추정, 그리고 위해도를 결정하는 전반적

인 과정은 다음 그림 3-31과 같다. 위 노출 및 위해도 평가과정의 각 단계에서 필요한 나노제

품 노출평가 로드멥의 작성을 위하여 첫째로 본 연구를 수행하면서 각 항목에서 연구가 더

필요한 지점, 국내외 연구 보고서 및 논문 검토를 통해 자료가 더 확보되어야 하는 부분, 자

문회의 등을 통해 수렴한 부분을 종합하여 노출평가 로드맵은 다음과 같이 제시한다.

Fig. 3-31. 생활화학제품의 나노물질 노출 및 위해도 평가의 흐름도.

가. 15개 생활화학제품군 파악 및 각 군별 제품 유통량 조사

이 부분은 생활화학제품 중 나노물질의 흡입노출에 필요할 뿐 아니라 생활화학제품 중 유

해성분의 위해성 평가를 위해 필요한 분야로 이미 기존에 환경부 및 국립환경과학원에서 수

행하였고, 데이터베이스 구축안도 제시되었다. 따라서 나노제품 노출 평가 로드맵에서는 별도

- 147 -

로 조사할 필요는 없으나 기존의 데이터베이스에 나노물질 함유 및 노출 가능성 평가를 위한

항목을 추가할 수 있는 기능이 추가되는 방법이 강구되어야 한다.

나. 각 제품군별 성분조사

기존 타 연구에서 용기 표시 성분, 물질안전보건자료(MSDS) 및 일부 제품은 성분분석을 통

해 성분 분석을 진행한 바 있다. 물질의 성분 분석 시 나노물질 함유여부를 다음과 같은 방법

으로 추가하여 나노물질 포함여부를 확인하여야 한다.

- 제조사 제공정보 이용방법 : 제품의 용기 표면의 성분표시나 나노 광고 표시 또는 제공되

는 MSDS를 파악하여 나노물질의 포함여부를 파악한다. 그러나 본 연구와 또 외국의 문

헌조사 결과 제품 용기에 나노 물질 포함 표시여부가 실제 나노물질 포함과는 상이하다.

- 제품 성분 분석 : 생활화학제품 중 유해성분에 대한 기초 자료는 기존 조사 보고에서 이

루어졌으나 실제 유해성분의 함량분석은 제한적이다. 실제 제품의 유해성분(특히 CMR)

물질의 성분 및 함량 조사가 필요하고 이 조사 결과를 데이터베이스에 추가하도록 한다.

(이 부분은 나노 노출평가 로드맵은 아니나 생활화학제품 위해성 평가에는 필요함)

- 나노물질 함유 여부 및 특성 분석 : 앞서 언급한 바와 같이 회사의 나노물질 포함 여부의

정보제공이 부정확하다. 연차적인 계획을 세워 다사용 및 노출 가능(일차적으로 흡입노

출, 이차적으로 피부노출, 섭취는 고의적이 아닌 경우 무시) 생활화학제품을 우선순위로

하여 제품에 나노물질이 함유되었는지 여부를 확인하기 위해 그 성분 및 특성(함량, 크

기)등을 분석하여야 한다.

다. 나노물질의 함유 여부 파악

나노 물질이 포함된 제품은 다시 나노물질의 노출 경로에 따른 노출 가능성을 파악한다.

나노물질 비 함유 제품은 다른 성분에 대한 노출 및 위험성 평가를 수행한다. 다른 성분에 대

한 노출 및 위험성 평가방안은 기존의 다른 연구에서 제시되었다. 이 부분은 나노물질 함유

여부 파악은 위 단계인 각 제품군별 성분 조사단계에서 나노물질 조사에서 이루어진다. 따라

서 로드맵에서 추가 연구될 지점은 없다.

라. 노출 경로 파악

환경 중 유해물질의 노출경로는 크게 흡입, 피부흡수, 섭취로 구분된다. 생활화학제품 중

나노물질의 노출은 흡입을 통한 호흡기계 노출이 주된 경로이고, 피부흡수의 가능성도 존재한

다. 나노입자가 피부노출이 되는 것은 가능하다고 판단되나 피부노출로 인해 피부의 표피와

진피를 통과하여 체내로 흡입되는지는 아직도 학문적으로 논란이 있으며, 상처 난 부위나 점

액이 있는 부위(예, 눈)에 영향을 준다고 알려져 있다. 따라서 일차적 관심은 흡입노출이지만

이차적으로는 피부노출을 평가할 필요도 있다. 특히 자기 신체 분사제품인 경우 흡입노출과

피부노출도 같이 고려할 필요가 있다. 섭취에 의한 노출은 생활화학제품의 사용으로 인해 고

의적 섭취를 제외하고는 고려하지 않는다.

- 148 -

마. 각 제품군별 흡입노출 가능 제품(스프레이 제품) 선정

본 연구는 제한된 기간과 예산으로 인해 각 제품군 중 일부 스프레이 제품에 대한 흡입노

출을 평가하였다. 본 연구는 일부제품에 대한 평가를 수행했으나 장기적 국내 생활화학제품의

나노물질 평가를 위해서는

첫째, 국내의 생활화학제품에 대한 나노 물질의 평가를 위해서는 장기적으로 나노 포함 제

품에 대한 방대한 조사가 필요하다. 예를 들어 2015년도에 환경부에는 생활화학제품의 유통량

조사와 더불어 성분조사를 수행하는 용역을 수행하고 있는데 향후 나노물질 조사도 포함시켜

수행하는 것이 바람직하다.

둘째, 나노물질 비 포함물질이라도 가습기 사건과 같이 공기 중 유해성분에 대한 거동평

가가 필요하다. 가습기 사건의 경우 폐 부위 손상인데 뚜렷한 원인에 대해서는 논란이 되고

있다. 이 경우 폐로 들어갈 수 있는 공기 중 입자는 크기가 작은 나노입자를 포함한 초미세입

자이므로 이런 제품에 대한 나노입자의 공기 중 거동 평가가 필요하다. 이 외에도 본 연구를

수행하면서 다음과 같은 문제점이 도출되었다. 즉 위에 설명했듯이 용기 및 MSDS에 나노물질

표기 여부와 실제 포함과는 직접적 상관성이 없고, 일부제품은 MSDS 자체가 없으며, 일부 제

품은 해당 업체가 없어지기도 하였다.

바. 나노물질 흡입노출 추정

본 연구에서는 나노물질의 크기에 따른 흡입량(Inhaled Dose)과 호흡기 전체 및 부위별 침

착량(Deposited Dose)을 구별하여 제시하였다. 이는 본 연구의 대상인 일부제품(스프레이 제

품)에 대해서 수행하였으나 이에 대해 파우더형 제품에 대한 평가가 필요하다. 또한 본 연구

에서 제시된 방법이 다소 복잡한데 이것보다 단순한 모델이 있는지 흡입노출 추정에 대한 다

양한 연구방법론의 필요하고, 궁극적으로 잘 맞는 모델을 선정하여 웹베이스 노출 시나리오

모델을 개발하는 것이 필요하다. 이 모델에는 발생원의 특성(압축분사형, 수동분무형, 사용량,

사용횟수 등), 전파경로특성(사용자 위치, 간접 노출자, 환기, 온습도, 공간 크기), 노출자 특성

(성별, 연령별, 운동량별)등이 고려될 수 있어야 한다.

사. 나노물질 흡입 독성참고치 추정

본 연구에서는 생활용품 중 나노제품 사용을 통한 흡입독성 참고치를 문헌을 통해 유도하

는 방안을 제시하고, 독성 출발점(Point of departure, POD)를 도출하고 국내외 여러기관에서

활용하는 불확실성 계수(Uncertainty factor, UF)를 적용하여 제안하였다. 국내외에서 나노물질

의 흡입독성 참고치로 사용할 수 있는 자료는 극히 제한되었다. 다음 표 3-44는 본 연구 독성

참고치 추정과정에서 연구내용과 연구수행 시 한계점 그리고 향후 추가 연구될 부분을 정리

하였고, 향후 필요한 부분은 로드맵에 반영하였다.

- 149 -

일련

번호독성평가 단계 본 연구의 내용

연구수행 시

애로사항향후 필요한 연구방향 및 내용

1

나노입자 크기별

흡입독성 연구 시험 표준

흡입독성 동물실험자료 확보를 이용한

POD 도출

흡입독성실험에 대한 기준이 없어

연구결과의 종합적 집계가

어려움

나노물질 흡입독성 실험에 대한 표준안 마련: 특히 생활용품 함유된 노출수준의 독성시험 및 결과 보고에 대한 가이드라인 제시

2

나노입자 크기 및 형태별 흡입독성에

대한 독성자료

흡입노출(instillation 또는

inhalation)로 인한 독성반응에 대한 연구의 종합적

집계

흡입노출-독성 자료의 절대적

부족

입자 크기 및 형태별 독성에 대한 기본 자료 확보를 위한 실험연구 (급성, 아급성), 10 nm 이하 물질 독성에 대한 자료 확보

3

용량반응 평가를 통한 독성 참고치

도출

흡입독성 동물실험자료 확보를 이용한

POD 도출

혼합물질 노출에 대한 독성자료

미흡

단일물질 노출외 주요혼합물질 (생활화학제품) 혼합비율 고려 독성시험

4독성참고치와 위해도 결정

독성참고치 잠정안 도출(제안)

국내 불확실계수(Uncert

ainty factor, UF)는 국외 기관 수치를 도입하고

있으며, Modifying

factor에 대한 가이드라인은

없음

독성참고치에서 POD의 도출과 근거 독성자료 확보가 중요하지만, 독성 참고치 결정시 UF의 세분화된 수치 적용과 modifying factor 적용에 대한 가이드라인 및 적용 예 제시를 위한 종합적인 검토가 위 독성시험 수행이후 마련되어야 함

Table 3-44. 연구내용과 한계점 및 향후 연구 방향

아. 위해도 평가

본 연구에서는 일부 금속나노(Ti, Ag)물질이 포함된 생활화학제품의 흡입량과 침착량을 계

산하고 매우 제한된 흡입독성자료를 참고하여 독성참고치를 추정하였다. 궁극적으로 흡입노출

추정량과 생활용품 중 나노물질에 대한 독성참고치를 고려하여 인체에 유해한지를 평가하여

야 하는데 다른 화학물질과는 달리 나노물질에 대한 독성연구가 많지 않아 독성참고치가 매

우 제한되어 있다. 더구나 나노물질의 흡입독성자료는 매우 제한되어 있어 이는 다른 국내외

연구 자료가 더 확보되어야 한다. 이들 자료와 노출량을 이용하여 위해도 평가를 하여야 한

다. 본 연구는 흡입독성자료 수집→양 반응관계 데이터 추출→POD→MPPD모델을 이용한 흡

입노출량 예측→참고치 산정의 방법을 이용하였는데 흡입나노물질에 대한 위해도 평가 기법

이 더 다양하게 연구될 필요가 있다. 특히 제한된 독성 자료를 이용하여 위해도 평가를 할수

있는 방법에 대한 연구가 필요하다. 더불어 본 연구에서는 흡입노출경로만 파악하였으나 이차

로 고려할 수 있는 피부 노출과 어린이 경우 섭취의 가능성을 고려한 통합 노출평가도 필요

하다. 다른 측면으로는 생활화학제품의 여러 성분에 대한 노출 및 위해도를 평가한 제품 자체

- 150 -

의 통합노출평가도 필요하다.

이상은 노출 및 위해도 평가의 방법에 따라 로드맵이 필요한 지점을 설명하였거니와 이와

더불어 정책적으로 생활화학제품의 나노물질 관리를 위한 로드맵도 필요하다.

자. 생활화학제품의 나노물질 관리

생활화학제품의 나노물질의 안전한 관리를 위하여 많은 종류의 제품에 대한 위해도 평가

결과가 축적되어 관리의 필요성이 인정되면 다음과 같은 관리방안이 필요하다.

첫째, 생활용품 중 나노물질 함유에 대한 정확한 용기 표시 의무 : 본 연구와 국외 문헌조

사결과 나노물질 함유표기와 실제 나노물질 함유여부는 상관성이 없는 것으로 조사되었다. 나

노물질의 위해성이 있는 만큼 정확한 표기를 할수 있는 방안이 강구되어야 한다. 2015년도 처

음 실시된 본 연구에서는 일부 제품의 위해도만 실시해서 추가 연구를 통해 구체적인 방향을

설정하는 것이 필요하다고 판단된다.

둘째, MSDS의 제공여부 : 올해 본 과제를 수행하면서 23종 제품에 대한 MSDS자료를 분석

하려고 제조사로부터 자료를 획득하는 과정에서 다음과 같은 문제점을 발견했다.

- MSDS의 강제 여부 : 일부 회사는 MSDS를 제공하였으나 일부 회사는 소비자 제품이라는

이유로 MSDS자체가 없었다. 다용소비자 제품은 실상 사업장에서도 사용될 수 있으므로 이에

대한 강제성 여부를 검토하여야 한다. 또한 화관법에서 관리하는 위해 우려제품 전체에 대한

MSDS도입여부도 검토해볼 필요가 있다.

- 나노입자의 종류 및 함량에 대한 정보 부재 : 일부제품에서 광고목적으로 나노제품 함유

(예, AgNP 제품)여부를 표시한 것을 제외하고는 나노물질의 함유여부나 그 성분 및 함량이

MSDS에는 표기되어 있지 않았다. 표기된 성분은 대부분 생활화학제품의 주 성분만 표기하고

있었다. 최소한 CMR물질 및 나노물질이 0.1% 이상 함유된 경우 표기하는 방안이 강구되어야

한다.

셋째, 나노물질뿐만 아니라 생활화학제품 전체 또는 유형별로 노출을 추정하고 위험을 예

방할 수 있는 환경부 또는 국립환경과학원 차원의 고시 또는 지침이 마련되어야 한다.

본 연구에서는 나노물질에 한정된 관리지침을 제시하였지만 확대해서 생활화학용품 전반의

안전과 위험 관리를 위한 사용 지침 등이 마련될 필요가 있다. 정부 관리 지침을 개발할 때는

외국의 사례를 고찰하여 참조하는 것이 필요하다. 이상내용을 정리하여 생활화학제품 중 나노

물질평가 로드맵을 작성하기 위하여 각 단계별 수행된 내용과 추가 연구가 보완되어야 할 점

을 요약하면 다음과 같다.

- 151 -

일련

번호노출평가 단계

생활화학제품에 대한 기존 성과

추가 필요내용타 연구 본 연구

연구특성Ÿ 생활화학제품 유통량조사Ÿ 일부 성분에 대한 위해성

평가

Ÿ 생활화학제품 나노물질에 초점(최초연구)

1

생활화학제품 15군 파악

및 군별 제품 유통량

조사

Ÿ 환경부및환경과학원과제에서군별조사및일부데이터베이스안제시

Ÿ 화관법에 따른 15군 분류

Ÿ 데이터 베이스에 나노 노출 및 위해도 평가에 필요한 항목의 추가

2 각제품의 성분조사

Ÿ 기존 연구조사에서 조사됨CMR 물질 등에 대해서는 직접 분석의 필요성이 있음

Ÿ 연구대상 일부제품의 나노 물질 특성 규명

Ÿ 물질의 성분 분석결과 다양한 금속성분이 발견됨

Ÿ 다사용 제품에 대한 나노물질 특성규명 Ÿ 일차적으로 흡입노출 제품(스프레이 제품 및

파우더형 제품)Ÿ 이차적으로 피부노출제품

3 나노물질 함유여부 조사 Ÿ 생활화학제품의 나노성분 분석방법 표준화

4 노출 경로 파악 Ÿ 흡입이 주요경로, 피부 흡수 가능, 섭취는 비 고려대상 Ÿ 흡입 경로에 한정 Ÿ 피부흡수 가능제품(특히, 신체 분사형 제품 및 신체

도포형)의 피부 침착량 평가

5각 제품군별 흡입노출

가능 제품(스프레이 제품) 선정

Ÿ 생활화학제품의 흡입노출평가 자료 있음. 나노물질 분류는 없음

Ÿ 본 조사는 23개 제품 조사

Ÿ 나노물질 포함제품의 체계적 분류Ÿ 국내 다용 제품에 대한 광범위한 조사 필요Ÿ 가습기 살균제 같은 경우 성분도 중요하지만 공기중

거동 현상파악이 중요

6 나노물질 흡입노출 추정 Ÿ 비나노 물질 노출시나리오 개발 및 적용

Ÿ 본연구는 한가지 알고리즘 제안

Ÿ 나노물질의 흡입량Ÿ 호흡기 부위별

침착량 제시

Ÿ 우리나라 나노물질 함유 제품 사용특성 및 표준 흡입 노출계수 확보 조사

Ÿ 노출 시나리오 프로그램 보완 Ÿ 입자수농도와 벌크 농도 측정표준방법 개발 Ÿ 나노물질 특성, 사용환경특성, 사용자 특성을 모두

반영하는 다양한 노출시나리오 작성

7 나노물질 독성참고치 추정

Ÿ 국외 연구 수개, 국내 매우 제한됨

Ÿ 외국 제한 자료 이용 Ti, AgNP 독성참고치 잠정안 제시

Ÿ 나노물질 흡입독성 실험에 대한 표준안 마련: 특히 생활용품 함유된 노출수준의 독성시험 및 결과 보고에 대한 가이드라인 제시

Ÿ 입자크기별, 입자형태별 독성에 대한 기본 자료 확보를 위한 실험연구 (급성, 아급성)

Table 3-45. 노출평가 로드맵 작성을 위한 기존 연구와 향후 필요한 분야 요약

- 152 -

일련

번호노출평가 단계

생활화학제품에 대한 기존 성과

추가 필요내용타 연구 본 연구

Ÿ 10 nm 이하 물질 독성에 대한 자료 확보Ÿ 단일물질 노출외 주요혼합물질 (생활화학제품)

혼합비율 고려 독성시험Ÿ 독성참고치 잠정안에서 POD의 도출 근거 독성자료

확보Ÿ 독성참고치 결정시 UF의 세분화된 수치 적용과

modifying factor 적옹에 대한 가이드라인

8 위해도 평가 Ÿ 비나노물질 위해도 평가 기법 개발 및 적용

Ÿ 나노 독성이 알려진 Ti에 대한 위해도 평가

Ÿ 생활용품 중 나노물질 위험 라벨링 결정 매뉴얼 개발

Ÿ 나노물질 종류(성분 ??)별 다양한 건강영향 독성치 확보

Ÿ 나노물질 특성 및 성분에 맞는 위해도 평가 방법 개발 및 검증

Ÿ 나노물질 위해도 평가시 적합모델 개발 Ÿ 나노물질 위해도 평가시 안전계수 적절성 평가 Ÿ 나노물질 종류 및 입자크기에 따른 적절한 매트릭스

(수농도, 표면적농도, 질량농도) 평가Ÿ 나노물질 다경로 통합노출 평가 모델 생활화학제품

다 구성성분 고려 통합노출평가 모델

9 정책적연구 Ÿ 생활화학제품관리를 위한 정책은 없음

Ÿ 생활화학제품중 나노물질 노출 관리지침 제공

Ÿ 해외 생활용품 중 나노물질 국가 관리 사례 고찰Ÿ 제품용기 나노물질 함유 표기 의무화방안Ÿ MSDS에 나노물질 함유여부 표기 의무화 방안Ÿ 화관법 관리대상 위해우려제품의 MSDS 의무화 방안

고려Ÿ 위해 우려 제품의 노출평가 정부 법적 지침

마련<규칙/가이드라인 등>Ÿ 위해우려제품의 관리지침 마련

- 153 -

일련

번호노출평가 단계 추가 필요내용

1차

년도

2차

년도

3차

년도

4차

년도

5차

년도

6차

년도

1생활화학제품 15군 파악 및

군별 제품 유통량 조사Ÿ 데이터 베이스에 나노 노출 및 위해도 평가에 필요한 항목의

추가 (기존 데이터 베이스 이용) → →

2 각제품의 성분조사Ÿ 일차적으로 흡입노출 제품(스프레이 및 파우더형 제품) → → →

Ÿ 이차적으로 피부노출제품 → →

3 나노물질 함유여부 조사 Ÿ 생활화학제품의 나노성분 분석방법 표준화 → →

4 노출 경로 파악 Ÿ 피부흡수 가능제품(특히, 신체 분사형 제품 및 신체 도포형)의 피부 침착량 평가 → → →

5 각 제품군별 흡입노출 가능 제품(스프레이 제품) 선정

Ÿ 나노물질 포함제품의 체계적 분류 → →

Ÿ 국내 다용 제품에 대한 광범위한 조사 필요 → → →

Ÿ 가습기 살균제 같은 경우 성분도 중요하지만 공기 중 거동 현상파악이 중요 → →

6 나노물질 흡입노출 추정

Ÿ 우리나라 나노물질 함유 제품 사용특성 및 표준 흡입 노출계수 확보 조사 → →

Ÿ 노출 시나리오 프로그램 보완 → →Ÿ 입자수농도와 벌크 농도 측정표준방법 개발 → →Ÿ 나노물질 특성, 사용환경특성, 사용자 특성을 모두 반영하는 다

양한 노출시나리오 작성 → → →

7 나노물질 독성참고치 추정

Ÿ 나노물질 흡입독성 실험에 대한 표준안 마련: 특히 생활용품 함유된 노출수준의 독성시험 및 결과 보고에 대한 가이드라인 제시

→ →

Ÿ 입자크기별, 입자형태별 독성에 대한 기본 자료 확보를 위한 실험연구 (급성, 아급성)

→ → →

Ÿ 10 nm 이하 물질 독성에 대한 자료 확보 → →Ÿ 단일물질 노출외 주요혼합물질 (생활화학제품) 혼합비율 고려

독성시험→ →

Ÿ 독성참고치 잠정안에서 POD의 도출 근거 독성자료 확보 → → →

Ÿ 독성참고치 결정시 UF의 세분화된 수치 적용과 modifying factor 적옹에 대한 가이드라인

→ → → →

Table 3-46. 생활화학제품 노출 평가 로드맵

- 154 -

8 위해도 평가

Ÿ 생활용품 중 나노물질 위험 라벨링 결정 매뉴얼 개발 → →

Ÿ 나노물질 종류(성분 ??)별 다양한 건강영향 독성치 확보 → → → →

Ÿ 나노물질 특성 및 성분에 맞는 위해도 평가 방법 개발 및 검증 → → →

Ÿ 나노물질 위해도 평가시 적합모델 개발 → → →

Ÿ 나노물질 종류 및 입자크기에 따른 적절한 매트릭스 (수농도, 표면적농도, 질량농도) 평가 → → →

Ÿ 나노물질 다경로 통합노출 평가 모델 생활화학제품 다 구성성분 고려 통합노출평가 모델 → → →

9 정책적 연구

Ÿ 해외 생활용품 중 나노물질 국가 관리 사례 고찰 →

Ÿ 제품용기 나노물질 함유 표기 의무화방안 →

Ÿ MSDS에 나노물질 함유여부 표기 의무화 방안 → →

Ÿ 화관법 관리대상 위해우려제품의 MSDS 의무화 방안 고려 → →

Ÿ 위해 우려 제품의 노출평가 정부 법적 지침 마련<규칙/가이드라인 등> → →

Ÿ 위해우려제품의 관리지침 마련 → →

- 155 -

2. 데이터베이스 초안

생활화학제품의 흡입나노물질의 정보제공을 위한 데이터베이스의 구축은 향후 나노물질 관

리에 중요하다. 그러나 생활화학제품에는 나노물질만 존재하는 것이 아니라 기본적인 용매,

추진체, 방향제 등 여러 성분이 혼합되어 있고, 데이터베이스도 각 개별성분에 대해 따로 만

드는 것이 아니라 각 제품군별로 분류하여 상용화된 제품별로 성분의 정보를 입력하는 것이

필요하다. 우리나라는 2013년도부터 「생활공감환경보건기술사업」의 일환으로‘생활화학용품

환경노출에 따른 위해성 평가 시스템 개발’을 하고 있고, 이 다년도 과제에서 환경생활용품

의 흡입노출을 평가할 수 있는 엔진을 설계하고 있으므로 여기에 통합하여 흡입 가능한 나노

물질의 정보를 입력할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

2차 년도 보고서에 의하면 생활화학제품의 각 성분을 조회할 수 있고, 각 화학물질의 위해

성 프로파일에는 다음 내용이 포함되도록 되어 있다.

I. 개요: 구분, 분류, 화학물질명, 정의, 사용용도, 물리/화학적 특성, 체내동태 등

II. 독성정보: LD50, LC50, 유전, 생식, 면역, 신경, 발생 독성,인체안전기준 등

III. 위해평가: 노출원 및 노출경로, 위해성평가, 노출역, 안전역등

IV. 참고자료

그러나 다른 화학물질과는 달리 물리/화학적 특성, 체내 동태, 독성정보(LD50, LC50, 유전,

생식, 면역, 신경, 발생 독성, 인체안전기준), 위해성 평가 자료, 안전역등의 자료가 미미함으

로 자료가 축적될 때까지 다음 항목이 시스템에 포함될 수 있도록 기능만 추가하도록 하여

놓고 자료가 축적되는 대로 데이터베이스화 하여야 한다. 데이터베이스를 위한 기초자료는 두

가지로 구분하여 제시하였다. 하나는 제품정보이고 다른 하나는 노출관련 정보이다.

순번 대항목 소항목

1 제품군 15개 제품군에서 택일2 제품성상 고체/액체/에어로졸/파우더/크림/페이스트3 사용방법 고체, 용해, 압축 스프레이, 펌프 분무, 코팅, 도포, 훈증 4 나노물질명 나노물질 이름 선택 (예, Ag, TiO₂, Si, CNT, Al,others) 5 제품중 나노물질 함량 정확한 숫자, %6 1회 제품 사용량 g7 1회 사용시간 초8 단위기간 사용횟수 회/일, 월, 년9 사용장소 실내/실외10. 구체적 사용장소 거실/화장실/침실....11. 사용성별 남/녀12 사용연령 어린이, 성인, 노년(또는 연령구간으로 구분)13. 주요 노출 경로 흡입/피부/섭취14 부가 노출 경로 흡입/피부/섭취

Table 3-47. 데이터베이스화를 위한 제품관련 정보

- 156 -

정성적 정보 정량적 정보

· 나노물질 ID· 제품의 분류 군· 제품의 형태· 제품의 용량· 제품 용기 형태· 제품 내 나노물질 존재형태(자유형/결합형)· 제품의 용도· 제품의 사용방법 · 공기 중 에오로졸 가능성· 주요 신체 분무부위· 주요 노출 경로(흡입, 피부, 섭취)· 직접노출 / 간접노출· 실내사용/실외사용 · 사용 시 흡입 나노물질 발생· 주요 노출그룹(어린이, 십대, 성인, 노인)

· 나노입자의 크기 분포와 각 크기범위 분율 (원제품, 공기 중)

· 제품 중 나노물질의 농도· 제품 단위 사용량 (1회 또는 1g 또는 일정 시간)

· 제품의 신체 침착(예, 호흡기 침착율, 피부 침착 또는 섭취분율)

· 노출부위 면적(예, 피부노출 시 노출 면적)· 공기 중 사용량(흡입)· 공기 중 나노물질 농도· 노출기간· 노출 빈도· 나노물질 종류에 따른 독성참고치

Table 3-48. 데이터베이스화를 위한 노출 관련 정성 및 정량적 정보

3. 생활화학제품 나노물질 관리 지침(안)

1990년대 이후 나노물질의 급격한 사용증가와 더불어 나노물질에 대하 우려가 높아져 왔으

나 대개 나노물질의 연구는 독성연구가 주를 이루었고 노출은 직업적 노출이 고농도 노출로

인식되었다. 따라서 나노물질에 대한 노출관리지침도 주로 직업적 노출에 초점이 맞추어져왔

다. 즉, 미국 산업안전보건청(Occupational Safety and Health Administration, OSHA), 미국 국

립산업안전연구소(National Institute for Occupational Safety and Health), 영국 산업안전보건청

(Health and Safety Executive), 호주, ISO, 일본 등에서 작업장의 인위적 나노물질의 안전보건

관리지침이 제시되고 있으며 이런 관리지침의 세부내용 중 일부는 인위적 나노 물질을 취급

하는 곳을 연구하여 나온 결과이나 다른 내용은 전통적인 작업장 관리방법(특히 용접 흄, 디

젤 배출물질 등 기존의 미세한 입자상 물질 관리방법) 관리지침을 응용하여 제시하고 있다.

본 연구를 통하여 제한적이지만 생활화학제품의 나노물질 노출이 확인되었고, 관리가 필요

하다고 판단한다. 본 연구에서는 좀 더 충분한 위해도의 평가 결과가 나올 때까지 사전주의

원칙에 입각하여 관리지침을 제안한다. 즉, 사전주의 원칙 (precautionary principle)을 기본 방

향으로 제안하는 이유는 건강위험성에 대한 명확한 과학적 증거가 나온 후 이를 근거로 노출

을 감소시킬 방안을 적용하는 것이 아니라, 오히려 과학적 지식의 불완전성에 근거하여, 그

위험성이 있다는 가능성을 전제하여 적용 가능한 비용 효과적인 사전조치를 취하여야 함을

의미한다. 한 예로, 2004년 영국의‘Royal society and Royal Academy of Engineering"은 나노

입자와 탄소나노튜브를 취급하는 회사는 이들이 유해하다고 간주하고 취급하라고 제시 또는

권고하였다. 생활화학제품도 현재로서는 사전주의 원칙에 입각하여 관리지침을 제시하고, 향

후 노출평가 자료와 위해성 평가 자료가 더 확보되면 더 구체적 관리지침이 마련 적용될 것

이다.

- 157 -

생활화학제품 나노물질 노출 관리 지침

1. 목적

이 관리지침은 생활화학제품에 포함되어 있는 나노입자의 흡입노출로 잠재적인 건강영향을

최소화하도록 하는데 있다. 잠재적 건강영향이 가장 큰 부위는 호흡기계이며 특히 나노입자는

폐포까지 쉽게 들어가며 나노물질의 종류에 따라 폐포, 간, 신장 등에 영향을 줄 수 있다. 또

한 눈과 피부 자극을 줄 수 있다.

2. 적용대상

이 관리지침은 생활화학제품에 포함되어 있는 공학적 나노물질(engineered nanomaterial)뿐

아니라 비의도적 나노물질의 포함한 모든 생활화학제품 사용 시 흡입노출이 가능한 제품에

적용한다. 흡입노출의 가능성은 압축분사형 스프레이제품이 높고, 수동분무형(펌프형) 제품은

흡입노출의 양이 적다. 단, 나노입자가 포함되지 않은 생활화학제품이나 에어로졸화가 되지

않는 제품은 본 지침의 적용대상이 아니다.

3. 노출 관리의 기본 방향

사전주의 원칙(Precautionary principle)이 적용되어야 한다. 나노물질의 노출과 사용자의 건

강손상에 대한 인과관계가 학문적으로 뚜렷하지 않더라도, 그 위험성에 대한 증거들이 증가하

고 있고, 또한 사용량이 증가하고 있으므로 가능한 노출을 최소화하기 위한 정책이 취해져야

함을 의미한다. 나노물질 취급과 관련한 사전주의 원칙이란, 현재까지 잠재적 나노물질의 안

전보건의 위험성에 대한 현재의 과학적 지식의 불완전성으로 인해, 완전한 과학적 증거가 나

올 때 까지 아무런 조치를 취하지 않고 기다리는 것이 아니라, 오히려 과학적 증거의 불확정

성으로 인해 모든 가능한 비용-효과적인 사전 조치를 취하는 것을 의미한다. 또한 사전주의

원칙은 안전보건에 대한 과학적 증거가 나올 때까지 나노물질을 취급을 제한하는 것이 아니

라 유해성에 대한 제한된 정보를 고려하여 사용자가 노출을 최소화하기 위함을 의미한다.

4. 생활화학제품 제조자를 위한 지침 - 제품의 나노물질 최소화 및 표기 명확화

생활화학제품중 나노물질의 함량은 가능한 최소화하고, 법적인 의무사항은 아니나 소비자

의 노출감소를 유도하기 위해 나노물질 함유여부와 함유 시 종류 및 함량을 표시하여야 한다.

가능한 물질안전보건자료도 소비자가 원하면 제공할 있도록 한다.

5. 사용자를 위한 지침

가능하면 생활화학제품에 카본나노튜브(Carbon Nano Tube)가 포함된 제품은 사용하지 않

는다. 은 나노, 이산화티타늄, 실리카 등이 포함된 제품도 가능한 사용하지 않고 부득이한 경

우 흡입노출이 되지 않는 형태로 사용한다.

현재 생활화학제품의 나노물질 표시가 불명확하므로 용기 표시에 전적으로 의존해서도 안

- 158 -

된다.

흡입노출이 가능한 제품을 사용할 때는 다음 지침을 준수한다.

· 가능하면 호흡기부위로 분사하지 않는다. 자기 신체 분사형 제품도 가능하면 호흡기와

먼 곳에 분사하고 스프레이형 섬유유연제는 탈의하여 옷에 분사한다.

·눈이나 상처부위에 나노물질이 포함된 제품을 사용하지 않는다.

· 분사장소는 가능하면 외부공기와 환기가 잘되는 곳에서 실시한다. 밀폐공간에서 선풍기

같은 공기 순환형은 효과가 없다. 또한 사용 후에도 가능한 환기를 오래 시킨다.

· 나노입자는 충분히 수 m까지도 이동 가능하므로 나노물질 포함 생활화학제품을 분사할

때는 주위에 사람을 최소화한다.

· 스프레이형 제품 코팅제처럼 많은 양을 장기간 사용할 때는 호흡용 마스크를 착용하는

데 고용노동부 기준 1급(식품의약안전처 KF 94, 또는 N95에 해당)이상을 착용한다.

· 나노물질의 과다사용 또는 엎질러짐 등으로 바닥이나 표면에 나노물질이 있다고 의심

되면 비산시키지 말고, 젖은 헝겊이나 물티슈, 물걸레 같은 습식방법 또는 헤파 필터가

달린 진공청소기를 사용하여 제거한다. 일반 청소기나 마른 헝겊, 비질 등은 재비산을

유도함으로 사용하지 않도록 한다. 청소과정 중에 흡입노출이나 피부노출이 일어나지

않도록 개인보호구 등의 적절한 조치가 필요하다.

5. 개인위생

나노물질에 피부 및 의복에 다량 노출되었을 경우 반드시 샤워·세탁 등을 통해 제거하도

록 한다.

부가 정보

(1) 나노크기(nanoscale): 약 1 ㎚에서 100 ㎚ 범위의 크기를 지칭한다. 그러나 실제로 나노

물질을 측정할 때는 응집체 및 집합체를 고려하기도 하고, 측정 장비의 측정한계가 달

라 이를 충분히 고려하여 평가한다.

(2) 나노물체(nano-obejct): 3 차원의 외형치수 중 하나, 둘 또는 셋이 나노크기 (nanoscale)

인 물질이며 나노물체는 모든 나노크기의 개별 물체를 통칭하는 일반적인 용어이다.

(3) 나노물질(nanomaterial): 외형치수가 나노크기이거나 내부구조나 표면구조가 나노크기인

물질

- 159 -

4장. 주요결과 요약 및 결론 본 연구는 환경부에서 관리하는 위해우려제품(화평법 제2조에서 정의)인 15개의 생활화학

제품군을 사용할 때 노출 가능한 나노물질에 대상으로 흡입 노출평가를 목적으로 수행되었다.

본 연구를 통해 도출한 주요 결과 및 결론은 다음과 같다.

1. 환경부 관리대상 15개 생활화학제품군 중 군별 나노물질 포함 제품 및 흡입노출 가능제품

파악

환경부 관리대상 15개 제품군을 대 분류하면「세제류」,「코팅 및 접착제류」,「방향제류」,

「염료·염색류」,「살생물제류」로 구분할 수 있다. 세제류는 세정제, 합성세제, 표백제, 섬

유유연제로, 코팅제에는 코팅제, 방청제, 김서림 방지제, 접착제로, 방향제류는 방향제와 탈취

제로, 염료·염색류는 물체 탈·염색제, 문신용 염료로, 살 생물제류는 다시 소독제, 방충제,

방부제로 세부 분류되어 총 15개의 소분류 제품군으로 구분할 수 있다.

환경부 관리대상 생활화학제품군 중 나노물질을 포함하는 제품들은 위 분류에 모두 포함되

어 있으며, 흡입노출 가능 제품은 스프레이형 제품 중 압축분사형과 수동분무형, 분말형(가루,

파우더)형이다. 국내에서 판매되는 제품 조사를 위해 300개 제품을 표본으로 조사한 결과, 이

중 29 개의 제품(9.6%)이 나노물질이 함유되었다고 표기하고 있었다. 주로 탈취제와 세정류

제품이 나노물질 표시가 많았으며 각각 17개 제품과 6개 제품이 포함되었다. 본 연구결과와

국내·외 보고서 및 논문을 고찰한 결과 나노 물질 함유표시와 실제 함유 여부와는 상관성이

없었다. 즉, 나노물질 표시가 없어도 나노크기 입자가 포함된 경우가 많았다.

본 연구에서는 나노물질 함유 제품 중에서도 흡입노출 가능성이 높은 제품군을 대상으로 선

정하였으며, 기존 연구보고서에서 사용빈도가 높은 제품과 시중 판매 인기 순위를 참고하여

선정한 제품군을 대상으로 흡입노출 시나리오 작성이 필요한 제품군 세정제 4종, 섬유유연제

1종, 코팅제 4종, 방청제 3종, 김서림 방지제 1종, 방향제 1종, 탈취제 8종, 소독제 1종 등 총

23종을 최종 선정하였다. 국내 나노물질을 함유한 생활용 소비제품은 산업용 제품에 비해 구

체적인 인벤토리 구축이 부족하며, 용도에 따라 환경부와 식품의약품안전처 등 다른 부처에서

이원화하여 소관하고 있다. 또한 나노물질을 함유 제품에 대한 명확한 기준이 설정되어 있지

않아 노출평가를 포함한 위험성 평가를 수행함에 있어 많은 한계가 있다. 따라서 나노물질 함

유 제품에 대한 명확한 기준이 선행되어야 하며 국내에서 제조, 수입, 유통되는 제품에 대한

인벤토리 구축이 시급히 이루어져야 한다.

2. 흡입노출 나노제품 대상 노출계수 및 알고리즘 보완

나노입자의 흡입노출이 가능한 제품을 대상으로 노출 시나리오에 사용되는 제품의 사용량,

횟수, 제형 특성 등을 참고하여 우리나라와 각 제품군별 노출계수를 정리와 흡입노출 알고리

즘을 정리하였고, 나노물질 특성을 고려하여 추가적인 노출계수의 필요성과 나노물질 특성에

맞는 알고리즘을 보완하였다. 나노물질의 노출 및 위해도를 평가하기 위해서는 환경부 및 국

립환경과학원의 고시나 지침에서 제시하는 노출계수 외에 각 미세 환경에서의 머무름 시간이

필요한데 이는 노출계수 핸드북에서 활용 가능하다. 또한 기존 보고서에서는 각 분사제품의

분사횟수, 분사량, 1회 분사 시 소요시간 등이 표기되어 있는데 실제 노출량 추정에는 소비자

- 160 -

가 해당 제품을 분사하는 시간뿐만 아니라 실제로 노출되는 시간(분사 후 머무름 시간)에 대

한 정의가 필요하다. 본 연구에서는 노출계수 핸드북에서 미세 환경의 머무름 시간(예, 탈취

제의 노출시간은 거실, 복도 머무름 시간 138.8분, 코팅제는 베란다, 발코니, 다용도실의 머무

름 시간 4.8분)을 적용 하였으며, 노출 농도는 실제 제품 분사 시간과 분사 외 시간을 고려하

여 적용하였다(예, 탈취제의 경우 처음 5분의 농도와 그 후 133.8분의 노출 농도를 따로 계산

하여 합산함).

기존의 환경부와 국립환경과학원의 고시 및 지침의 노출시나리오는 입자상 물질보다는 가스

상 물질의 특성에 더 적합한 모델인데, 본 연구에서는 입자상 물질의 특성에 맞게 호흡량

(Inhaled Dose)과 호흡기 부위별 침착량(Deposited Dose)을 추정할 수 있는 새로운 알고리즘을

다음과 같이 제시하였다.

호흡량:

∙∙∙

ID : 흡입노출량(ng/kg/day 또는 particles/kg/day)

fnano : 질량 또는 수 농도로 표시된 나노물질의 공기 중 함량비율, 즉 전체 농도 중 원하는

나노입자의 분율, 특별한 언급이 없으면 1로 가정함. 특별한 크기 범위의 흡입량을

계산하려면 이 계수를 변동시키기 보다는 Cinh의 농도를 해당 크기범위에서의 농도로

하면 됨

Cinh : 노출기간 동안의 흡입 공기 중 나노물질의 평균 질량 농도 또는 수 농도, ng/L 또는

particles/L;

Qinh : 남녀 성별 및 활동에 따른 호흡량 , L/min

Tcontact: 나노물질 분사로 인한 노출시간, min; (Tcontact = t x n)으로 계산할 수 있음. T

con:일회당 노출시간 (hr/event). 생활화학용품의 사용으로 인한 1회당 노출시간, n:

하루 동안의 사용 횟수. 예를 들어 스프레이제품인 경우 하루 중의 스프레이 횟수

Bw : 체중 (Kg)

침착량: DDi =∑dp DFi (dp) ID(dp)

실제 노출 시나리오 작성에 실험 측정치와 환경부에서 제출하는 각 제품군별 노출계수를 활

용하여 일일 흡입량 및 침착량을 산정하였으며, 국내외 문헌 고찰을 참고하여 소비자 나노제

품의 흡입 노출 평가에 대한 알고리즘을 제시하였다.

위 식에서,

i: 비강 부위(Nasal region or Head airway region), 흉곽부위(Tracheobronchial region or

Thoracic region), 폐포 부위(alveolar region, gas exchange region), 또는 호흡기계 전체

DDi: i 부위의 침착량, ng/kg bw/day 또는 particles/kg/day

DFi: deposition fraction of inhaled aerosol for i;

ID: 노출기간 동안의 입자 흡입량(inhaled aerosol dose) ng/kg bw/day or particles/kg/day

- 161 -

dp: 실시간 측정기 (예,SMPS/APS)로 측정했을 때 특정 크기를 측정하는 채널에서의

입자크기 대표치(측정범위의 중간 값(midpoint aerosol particle size of a given aerosol

measurement size channel of SMPS/APS).

DFi: 입자 크기별 폐 침착 분율(the ICRP (International Commission on Radiological

Protection 1994) 모델에 맞게 Hinds 등이 고안한 함수식 사용

기존 흡입노출을 위한 알고리즘이 국내외 기관 및 문헌에서 제시하고 있지만 나노입자의 노

출평가에 적용할 때 가정해야 할 변수들이 많은 단점이 있다. 나노물질의 흡입노출평가를 위

해 공기 중 거동과 관련한 특성을 파악하는 것이 매우 중요한데, 위와 같은 모델을 이용하여

공기 중 측정 자료와 국내에서 제시된 노출계수를 적용함으로써 나노입자에 대한 노출량을

용이하게 구할 수 있다.

3. 흡입노출 나노제품 사용 시 공기 중 농도 및 거동 특성 분석

소형체임버 분사 실험을 통해 압축분사형 제품과 수동분무형 제품 모두에서 공기 중으로 나

노입자가 발생함을 확인하였고, 일부 제품은 주사전자현미경을 통해 이를 확인하였다. 이를

근거로 나노물질 함유 압축분사형 제품 8종과 수동분무형 제품 4종에 대하여 클린룸 노출 실

험 결과를 요약하면 다음과 같다.

- 압축분사형 제품은 수동분무형 제품에 비해 공기 중 노출 농도가 유의하게 높았다. 압축분

사형 제품은 분사시간에 농도가 급격히 상승하다 급격히 떨어지는 형태인 반면 수동분무

형은 입자의 상승이 완만하여 크게 증가되지 않는다.

- 압축분사형 제품에서는 발생되는 총 입자 중 나노입자의 함량이 60-92%, 수동분무형은

35-55% 이다.

- 압축분사형 제품 중 같은 용도인 차량 에어컨용 탈취제품 4종은 노출 농도 및 발생패턴이

유사하였다.

- 제품의 자기신체부위 분사 실험을 한 결과 분사자의 호흡기 위치에서 노출되는 농도가 원

거리장의 농도에 비해 높음을 알 수 있었다.

- SMPS는 용매의 영향을 배제하기 위해 가열관과 흡착관을 사용한 결과 사용하지 않을 때

보다 약 15-30%의 농도 감소가 이루어져 용매에 의한 영향으로 추정된다. 따라서 용매에

함유된 제품을 평가할 때 이를 사용하는 것이 바람직하다.

- 흡입량(Inhaled Dose)를 입자수 단위, 질량단위, 또는 표면적 단위로 표시하면 압축분사형이

수동분무형에 비해 단위체중당 일일 흡입량이 높다. 입자 수는 압축분사형의 평균 흡입량

은 5.84×108 개/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 6.59×107 개/kgbw/day로 압축분사형 제

품이 약 10배 이상의 높은 흡입량을 보였다. 질량단위로 표시된 압축분사형 제품의 평균

흡입량은 4,512 ng/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 945 ng/kgbw/day로 압축분사형 제품이

약 4.7배 이상의 높은 침착량을 보였다. 표면적 단위로 표시된 압축분사형 제품의 평균 흡

입량은 1.54×107 ㎛2/kgbw/day인데 비해 수동분무형은 5.31×106 ㎛2/kgbw/day로 압축분사

형 제품이 약 2.9 배의 높은 침착량을 보였다.

- 162 -

- 입자 크기별로 본 흡입량은 입자 수 단위, 질량단위, 표면적 단위에 따라 다른 양상을 보였

으나 모두 압축분사형이 수동분무형보다 높았다. 입자수로 표시된 흡입량은 제품군에 상관

없이 전반적으로 PM0.011-0.1(11-100nm, 나노크기의 입자)나 PM0.1-1.0(100~1000 nm)의 흡입량

이 매우 높았다. 압축분사형의 PM0.011-0.1의 흡입 입자 수를 보았을 때 전체의 72.9±24.5%,

PM0.1-1.0은 27.0±24.5%였고, 수동분무형은 각각 전체의 52.4±11.3%, PM0.1-1.0은 47.5±11.4%

였다. 질량으로 표시된 흡입량은 제품군에 상관없이 전반적으로 PM2.5-10 (2.5~10㎛)가 높고,

그 다음이 PM0.1-1.0(100~1000 nm)의 크기에서 높았다. 압축분사형은 PM2.5-10의 크기에서 흡

입량은 전체 흡입량의 64.9±21.5%, PM0.1-1.0 은 23.7±19.7%였다. 수동분무형은 PM2.5-10 크

기의 흡입량은 전체 흡입량의 73.8±20.9%, PM0.1-1.0은 19.6±21.2%였다. 표면적으로 표시된

입자의 흡입량은 PM0.1-1.0에서 가장 높은 농도를 보이고 있고, PM1.0-2.5 입자의 크기에서 가

장 작았다. 압축분사형의 표면적 침착량은 PM0.1-1.0의 크기에서 흡입량은 전체 흡입량의

61.9±16.1%, 수동분무형은 PM0.1-1.0의 크기에서 흡입량은 전체 흡입량의 59.4±22.9%,

PM2.5-10은 26.6±20.7%였다.

- 호흡기 부위 별로 침착되는 양은 농도 단위에 따라 다른 양상을 보였다. 수 농도로 표시하

였을 때 호흡기계 부위별 침착량도 압축분사형이 수동분무형보다 침착량이 현저히 많았다.

제품군에 상관없이 폐포(AL) 부위에서 가장 높았고, 비강부위에서 가장 낮았다. 스프레이

형은 폐포 부위에서 총 침착량의 67.9±2.0%가, 기관지부위는 18.7±2.8%, 비강 부위에는

13.4±1.9%가 침착되었으며, 트리거형은 형은 각각 69.3±3.8%, 17.0±2.1%, 13.8±1.7%가

침착되었다. 질량 단위로 표현된 호흡기 부위별 침착량도 압축분사형이 수동분무형보다 많

았다. 제품군에 상관없이 비강부위에서 침착률이 가장 높았고, 흉곽부위(기관지부위, TB)에

서 가장 낮았다. 호흡기계 침착량을 백분율로 표시하면 압축분사형은 비강 부위에서 총 침

착량의 83.2±6.4%가, 기관지부위에는 5.2±1.0%, 폐포 부위에는 11.6±5.5%가 침착되었고,

수동분무형은 각각 85.5±3.0%, 4.9±0.4%, 9.6±2.8%가 침착되었다. 입자 표면적으로 표현

된 호흡기계 부위별 침착량은 압축분사형이 수동분무형보다 많았다. 표면적 단위로 표현된

호흡기계 침착량을 백분율로 표시하면 압축분사형은 비강 부위에 총 침착량의 58.4±15.0%

가, 기관지 부위는 8.1±2.1%, 폐포 부위에는 33.5±13.0%가 침착되었다. 수동분무형은 각각

64.2±16.1%, 7.0±1.3%, 28.7±15.0%가 침착되었다.

공기 중 입자의 거동특성 평가를 통해 스프레이 제품 중 수동분무형에 비해 압축분사형 제

품의 분사 시 나노크기의 입자가 많이 발생하였고, 그 만큼 소비자가 사용할 때 노출로 인한

위험성이 크다고 할 수 있다. 수동분무형 제품은 미스트의 형태로 분사되므로 상대적으로 큰

입자가 발생되어 흡입노출로 인한 위험성은 압축분사형에 비해 적다고 할 수 있다. 그러나 제

품 원액에 함유된 나노물질 분석에 있어서 ICP-MS 분석결과와 제조사에서 제공하는 MSDS,

제품에 표기된 나노물질, 전자현미경 자료 간 분석결과가 일치하지 않아 나노물질 함유에 관

한 정확한 정보의 확보와 광고 등에 의해 소비자에게 제공되는 정보가 적합한지에 대한 면밀

한 검토가 필요하다.

4. 흡입노출 가능 나노제품의 주요 나노물질의 독성참고치 결정

- 163 -

나노물질의 특성에 맞는 독성참고치 잠정안을 결정하기 위하여 대표적 나노물질인 AgNP,

TiO2에 대하여 기존 흡입관련 독성자료를 수집하여 양·반응관계 설정, POD 결정, 안전계수

를 보정하는 방법을 이용하여 독성참고치 잠정안을 결정하였다. 이에 따라 결정된 독성참고치

잠정안은 AgNP의 경우 31-53 ㎍/㎥, TiO2는 21-36 ㎍/㎥로 결정되었다. 반면 본 연구에서 평

가된 공기 중 농도는 AgNP(100 nm 이하)인 경우 0.7~33.6 ㎍/㎥, TiO2 0.3 ㎍/㎥이었다. 기존에

제시된 나노물질의 독성정보는 대부분 흡입독성실험에 의한 것이 아니라 흡입독성을 평가하

는데 참고할 만한 독성자료는 매우 부족하다. 따라서 본 연구에서 수행한 바와 같이 기존의

독성치에 관한 정보들을 수리 모델을 이용하여 흡입 독성참고치로 제안할 수 있다.

5. 단계적 흡입노출 나노제품 노출평가 로드맵 및 DB 구축안 마련

본 연구는 생활화학제품 중 나노물질에 대한 노출평가 및 위해도 평가를 한 최초의 연구로

향후 생활화학제품의 안전한 사용을 위한 로드맵을 위해도 평가 과정에 따라 일목요연하게

제시하였다. 최종적으로는 제품 용기 나노물질 표기 의무화 방안, MSDS에 나노물질 명기화

방안, 위해우려제품의 노출평가 법적 지침 마련, 위해우려제품의 관리지침 등이 마련되도록

하였다.

생활화학제품의 DB 구축은 신규로 구축하기 보다는 기존의 연구과제에서 다른 위해성분의

평가를 하는 플랫폼에 나노관련사항을 추가하는 방법을 제안하였고, 나노물질의 기본특성 및

노출과 관련되어서는 정성및 정량평가 자료의 기능을 추가 할수 있도록 제안하였다.

생활화학제품의 나노관련 안전지침은 제품을 사용할 때 노출을 최소화 할 수 있는 지침을

목적, 적용대상, 노출관리 기본방향, 나노물질 표기 명기화, 사용자 지침, 개인위생으로 구분

하여 제시하였다. 본 연구에서 제시한 로드맵과 DB 구축안을 향후 나노물질이 함유된 소비제

품에 대한 위해성 평가에 적용할 수 있으며 안전관리지침을 활용함으로써 소비자들에게 생활

화학용품 사용에 관한 정보 제공이 가능하다.

- 164 -

- 165 -

5장. 기대효과 및 활용방안

본 연구에서 도출한 연구결과의 예상 기대효과와 가능한 활용방안은 다음과 같다.

1. 정책적 기대효과

- 생활화학제품의 안전성에 대한 환경부 및 환경과학원의 필요 자료 마련, 관리 방안 및 향

후 정책방향의 기본 자료 제공

- 국민들에게 생활화학제품 사용에 대한 정보제공(국민들의 알 권리 충족)

- 향후 예상되는 화학물질 관리에 대한 국정감사 시 필요한 자료 제공

- 개인 노출에 대한 정부 정책 자료로 활용 가능

- 세계 4대 NT 강국인 우리나라에서 NT의 EHS(환경, 보건, 안전) 연구의 활성화와 국제 연

구 동참

- 나노관리 종합계획에 환경부의 적극적 참여를 유도하고 이로 인한 실제 자료 제공

2. 기술적 기대효과

- 국내에서 연구되지 않은 생활화학제품의 나노포함 물질의 흡입노출 평가 방법의 개발 및

적용으로 인한 향후 관련 연구의 기술적 발전에 기여

- 나노흡입노출 평가에 다양한 노출 체임버를 적용하여 각 체임버의 장단점과 향후 개선방

안을 인식함으로서 관련 흡입노출 모니터링은 물론 향후 흡입노출 동물실험에도 체임버

사용을 고려할 수 있음

- 노출 평가 방법을 제시하여 급속히 팽창하는 나노산업에서의 노출 평가 모니터링 기법

제시

- 본 연구진이 사용한 다양한 기기 중에 향후 생활화학제품 나노물질 평가에 사용될 필수

장비를 선정하여 비용효과적인 연구 장비 제시

- 일반 화학물질이 아닌 나노 물질 특성에 맞는 노출 추청 알고리즘을 개발

3. 활용방안

- 화학물질관리 및 범정부 종합 나노물질 관리계획에 환경부의 대응자료 마련

- 화학물질 관리 종합 대책에 필요한 자료로 활용 가능

- EU 및 OECD에 관련 연구자료 교류 및 필요한 자료 제공

- 21C 국가 신 성장 동력산업의 중점과제인 나노 산업에서 발생하는 나노입자의 안정성 확

보를 위해서는 이 분야에 대한 대응을 위해 연구기반 등 준비 필요

- 일반 소비자의 나노노출에 대한 실질적 자료 확보로 환경부, 환경과학원 또는 화학물질관

리원과 연계하여 과학적 자료 및 정책적 자료로 활용 가능

- 로드맵을 이용하여 향후 관련 분야에 대한 체계적인 연구 자료로 활용 가능

- 166 -

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국립환경과학원고시 제2014-50호.

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주 의

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