과불화화합물
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1. 개요
과불화화합물은 탄소와 불소의 결합으로 이루어진 인공 화합물로, 다양한 산업에서 사용되며 환경 오염과 건강 문제를 야기한다. 과불화알칸, 불소 계면활성제, 과불화알킬 할라이드 등 다양한 종류가 있으며, 특히 불소 계면활성제는 테플론 생산, 섬유의 소수성 부여, 소방용 폼 등에 사용된다. 과불화옥탄산(PFOA)과 과불화옥탄술폰산(PFOS)은 유해물질로 조사되었으며, 생물 농축되어 동물과 인간에게 독성 영향을 미칠 수 있다. 미국 군사 기지, 식수에서 오염이 확인되었으며, 한국에서도 대구 수돗물에서 검출되는 등 광범위한 오염이 발생하고 있다. 오염원 발생 억제와 화산석을 이용한 정화 기술 연구가 진행되고 있으며, 규제 및 대체 물질 개발이 필요하다.
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| 과불화화합물 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| CAS 등록번호 | 3825-26-1 335-46-6 |
| 화학식 | 다양함 |
| 분자량 | 다양함 |
| 특성 | |
| 설명 | 과불화화합물(Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS)은 탄소-불소 결합을 가진 유기 화합물의 큰 그룹이다. |
| 특성 | 열, 기름, 물, 화학 물질에 대한 저항성이 매우 높음 계면 활성제로서 작용 가능 |
| 용도 | |
| 산업 | 소화 폼 코팅 방수 의류 식품 포장 프라이팬 |
| 기타 | 다양한 산업 및 소비자 제품 |
| 건강 및 환경 | |
| 유해성 | 환경에 잔류성이 매우 높음 인간과 동물에게 축적될 수 있음 건강에 부정적인 영향 (예: 암, 갑상선 질환, 면역 체계 손상) |
| 규제 | 사용 및 배출에 대한 규제가 점점 강화되고 있음 |
2. 정의 및 종류
과불화 화합물 중 하나인 불소 계면활성제(PFAS)는 테플론(PTFE) 및 관련 불소화 중합체 생산에 널리 사용된다. 불소 계면활성제는 섬유에 소수성과 얼룩 방지 기능을 부여하며, 소방 폼의 구성 요소이기도 하다.[1] 또한 폴리플루오로카본의 '친유'성을 통해 액체-공기 계면에 집중함으로써 표면 장력을 감소시킨다.
염화플루오린화탄소 역시 과불화 화합물이며, 이 중 많은 화합물이 오존층 파괴에 연루되기 전까지 냉매 (프레온)로 사용되었다.
2. 1. 과불화알칸
저비점 과불화알칸은 대기 중 수명이 매우 길어 강력한 온실 기체이다. 과불화화합물에 대한 환경적 우려는 냉매 및 소화 물질로 사용되는 염화플루오린화탄소 및 기타 할로카본과 유사하다. 사용 이력, 환경 영향 및 사용 권장 사항은 교토 의정서에 포함되어 있다.[1]2. 2. 불소 계면활성제
불소 계면활성제(PFAS)는 테플론(PTFE) 및 관련 불소화 중합체 생산에 널리 사용된다. 섬유에 소수성과 얼룩 방지 기능을 부여하고, 소방 폼의 구성 요소이기도 하다.[1] 불소 계면활성제는 폴리플루오로카본의 '친유'성을 통해 액체-공기 계면에 집중함으로써 표면 장력을 감소시킨다.플루오로계 계면활성제는 매우 안정적이며 인간과 동물의 몸에 저장되어 생물 농축되는 경향이 있다. 대표적인 예로 PFOA(과불화옥탄산)와 PFOS(과불화옥탄술폰산)가 있으며, 이들은 발수성 섬유, 섬유 발수 스프레이, 소방용 폼에 자주 사용된다.[4] PFOA는 동물 연구에서 여러 유형의 종양과 신생아 사망을 유발하고, 면역, 간, 내분비계에 독성 영향을 미치는 것으로 나타났다. PFOA의 인체 건강 영향에 대한 데이터는 부족했다.[5]
2015년 기준으로 미국 공군은 소방용 폼에 포함된 플루오로계 계면활성제에 대해 82개의 이전 및 현재 미국 군사 기지를 테스트했다.[6] 메인주 브런즈윅 해군 항공 기지와 인디애나주 그리솜 공군 예비 기지의 지하수, 그리고 뉴햄프셔주 피스 공군 기지의 우물에서 PFC가 발견되었다.[7] 2018년 의회 보고서에 따르면 "군 기지 또는 인근에 위치한 최소 126개의 식수 시스템"이 PFAS 화합물에 오염되었다.[8][9]
2016년 연구에서는 미국 33개 주 4,864개 급수 시설 중 194개에서 안전하지 않은[10] 수준의 플루오로계 계면활성제가 발견되었다. 이 연구는 미국 식수 공급의 3분의 2를 대상으로 하였으며, 13개 주에서 검출의 75%를 차지했다. 빈도 순으로 나열하면 캘리포니아, 뉴저지, 노스캐롤라이나, 앨라배마, 플로리다, 펜실베이니아, 오하이오, 뉴욕, 조지아, 미네소타, 애리조나, 매사추세츠, 일리노이 순이었다. 소방용 폼이 주요 원인으로 지목되었다.[11]
2. 3. 과불화알킬 할라이드
- 트리플루오로아이오도메탄은 알킬화 시약이다.
- 펜타플루오로에틸 아이오다이드는 알킬화 시약이다.
- 과불화옥틸 브로마이드(퍼플루브론)는 자기 공명 영상(MRI), 컴퓨터 단층 촬영(CT) 및 초음파 촬영을 위한 조영제로 사용되며, 액체 호흡에도 사용되는 유체이다.
- 디클로로디플루오로메탄은 냉매이다.
2. 4. 과불화알켄
- 테트라플루오로에틸렌은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)의 전구체이다.
- 클로로트리플루오로에틸렌은 냉매 및 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)의 전구체이다.
- 디클로로디플루오로에틸렌에는 세 가지 이성질체가 있다.
2. 5. 과불화에테르 및 에폭사이드
육불화프로필렌옥사이드는 과불화메틸 비닐 에테르(CF2=CFOCF3)의 전구체이며, 과불화메틸 비닐 에테르는 특수 오일 및 그리스에 사용되는 과불화 폴리에테르인 크라이톡스의 단량체 전구체이다.2. 6. 과불화아민
과불화트라이펜틸아민 및 관련 유도체는 플루오리네르트와 같은 전자 냉각제에서 발견된다.2. 7. 과불화 카르복실산
과불화 카르복실산에는 다음과 같은 종류가 있다.- 트리플루오로아세트산: 유기 화학에서 유용하게 사용되는 중간 정도 세기의 산이다.
- 헵타플루오로부티르산: 유기 및 분석 화학에서 유용하게 사용되는 중간 정도 세기의 산이다.
- 펜타플루오로벤조산: 연구 분야에서 관심을 받는 중간 정도 세기의 산이다.
- 과불화옥탄산(PFOA): 계면활성제로 테플론과 같은 불소 중합체를 만드는 데 사용된다.
- 과불화노나노산(PFNA): PFOA와 같이 불소 중합체의 에멀젼 중합에 사용되는 계면활성제이다.
2. 8. 과불화술폰산 및 관련 유도체
- 트리플루오로메탄술폰산은 유용한 강산이다.
- 과불화뷰탄술폰산(PFBS)은 3M의 개정된 스코치 가드에서 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 대체품으로 사용된다.
- 과불화뷰탄술폰아미드(FBSA)는 PFBS의 술폰아미드 유도체이다.
- 과불화옥탄술포닐 플루오라이드(POSF)는 PFOS 기반 화합물의 전구체이다.
- 과불화옥탄술폰아미드(PFOSA)는 3M의 스코치 가드 제제에 사용되었다.
- 과불화옥탄술폰산(PFOS)은 반도체 산업, 3M의 이전 스코치 가드 제제, 그리고 3M의 이전 소방용 폼 혼합물에 사용되었다.
3. 생산 방법
전기 불소화는 과불화 화합물을 합성하는 일반적인 산업적 방법이다.[2]
일부 과불화 헤테로아렌은 포화 부가 반응과 탈불소화 재방향족화를 통해 생산된다.[2]
4. 환경 오염
과불화화합물(PFC)은 다양한 산업의 제조 및 유통 과정에서 자연으로 배출된다. 의류에 사용된 PFC는 제품 사용 및 폐기 과정에서 유출되기도 한다. PFC는 자연 상태에서는 생성되지 않는 인공 화합물로, 일부는 분해 속도가 매우 늦어 한번 배출되면 주변 환경에 오랜 시간 동안 잔류한다. 배출된 PFC는 공기와 물을 통해 이동하며 환경을 오염시킨다. 또한 그 이동 가능 범위가 매우 넓어, 사람의 발길이 닿지 않는 고산 청정지대뿐 아니라 돌고래, 북극곰의 간, 그리고 인간의 혈액과 모유에서도 PFC가 검출된 바 있다. 그 예시로는 대구 수돗물이 있다.[1]
불소 계면활성제(PFAS)는 테플론(PTFE) 및 관련 불소화 중합체의 생산에 널리 사용되며, 섬유에 소수성과 얼룩 방지 기능을 부여하거나 소방 폼의 구성 요소로 사용되기도 한다.[1] 불소 계면활성제(PFAS)는 폴리플루오로카본의 '친유'성을 통해 액체-공기 계면에 집중함으로써 표면 장력을 감소시킨다.
염화플루오린화탄소는 과불화 화합물의 일종으로, 이 중 많은 화합물이 오존층 파괴에 연루되기 전까지 냉매 (프레온)로 사용되었다. 저비점 과불화알칸은 대기 중 수명이 매우 길기 때문에 강력한 온실 기체이다. 과불화화합물에 대한 환경적 우려는 냉매 및 소화 물질로 사용되는 염화플루오린화탄소 및 기타 할로카본과 유사하며, 사용 이력, 환경 영향 및 사용 권장 사항은 교토 의정서에 포함되어 있다.
4. 1. 정화 기술
과불화화합물(PFC)은 다양한 산업의 제조 및 유통 과정에서 자연으로 배출된다. 의류에 사용된 PFC는 제품 사용 및 폐기 과정에서 유출되기도 한다. PFC는 자연 상태에서는 생성되지 않는 인공 화합물로, 일부는 분해 속도가 매우 늦어 한번 배출되면 주변 환경에 오랜 시간 동안 잔류한다. 배출된 PFC는 공기와 물을 통해 이동하며 환경을 오염시킨다. 또한 그 이동 가능 범위가 매우 넓어, 사람의 발길이 닿지 않는 고산 청정지대뿐 아니라 돌고래, 북극곰의 간, 그리고 인간의 혈액과 모유에서도 PFC가 검출된 바 있다. 그 예시로는 대구 수돗물이 있다.[1]오염원 발생을 억제시키는 것이 최선이나, 이미 발생한 오염원에 대해서는 여러 방법들이 논의되고 있다. 최근 논문에 의하면 화산석으로 처리할 경우 처리 효율이 높다고 알려져 있다.[2]
5. 건강 문제
과불화알칸 화합물의 산업 생산 및 사용과 관련하여 여러 가지 환경 및 건강 문제가 제기되고 있다. 불소화합물의 뛰어난 안정성은 응용 측면에서는 장점이지만, 환경 및 건강 문제의 원인이 되기도 한다.
PFOA(과불화옥탄산)와 PFOS(과불화옥탄술폰산)는 유럽 연합(EU)과 미국 환경 보호국(EPA)에서 유해물질로 조사되었다.[4] 특히, 연구 결과에 따르면 PFOS는 동물 독성 검사에서 특이하고 심각한 영향을 미치며, 전 세계 인간과 야생 동물에게 존재하고 환경에서 매우 지속적인 것으로 나타났다.[3]
플루오로계 계면활성제는 극도로 안정적이며 인간과 동물의 몸에 저장될 수 있으므로 생물 농축되는 경향이 있다. PFOA에 대한 동물 연구 데이터에 따르면 여러 유형의 종양과 신생아 사망을 유발할 수 있으며, 면역, 간 및 내분비계에 독성 영향을 미칠 수 있다. 2010년 기준으로 PFOA의 인체 건강 영향에 대한 데이터는 부족했다.[5]
5. 1. 미국 군사 기지 오염
PFOA(과불화옥탄산)와 PFOS(과불화옥탄술폰산)는 소방용 폼에 자주 사용되며, 생물 농축되는 경향이 있어 미국 환경 보호국(EPA)에서 유해물질로 조사되었다.[4] PFOS는 동물 독성 검사에서 심각한 영향을 미치는 것으로 나타났으며, PFOA 역시 여러 유형의 종양과 신생아 사망을 유발하고 면역, 간, 내분비계에 독성 영향을 미칠 수 있다는 동물 연구 결과가 있다.[5]2015년 기준으로 미국 공군은 소방용 폼에 포함된 플루오로계 계면활성제에 대해 82개의 이전 및 현재 미국 군사 기지를 테스트했다.[6] 메인주 브런즈윅 해군 항공 기지, 인디애나주 그리솜 공군 예비 기지의 지하수, 뉴햄프셔주 피스 공군 기지의 우물에서 PFC가 발견되었으며, 피스 공군 기지에서는 어린이 500명을 포함한 사람들이 혈액 검사를 받았다.[6] 미국 국방부는 연구 프로그램을 통해 미국 군사 기지, 특히 지하수의 PFAS 오염 특성과 범위를 파악하려 노력해 왔다.[7]
2018년 의회에 제출된 보고서에 따르면 "군 기지 또는 인근에 위치한 최소 126개의 식수 시스템"이 PFAS 화합물에 의해 오염되었다.[8][9] 2016년 연구에서는 미국 33개 주 4,864개 급수 시설 중 194개에서 안전하지 않은[10] 수준의 플루오로계 계면활성제가 발견되었다. 이 연구는 13개 주에서 검출의 75%를 차지한다는 사실을 밝혀냈으며, 소방용 폼이 주요 원인으로 지목되었다.[11]
검출 빈도가 높은 주(州)는 다음과 같다.
| 순위 | 주 |
|---|---|
| 1 | 캘리포니아 |
| 2 | 뉴저지 |
| 3 | 노스캐롤라이나 |
| 4 | 앨라배마 |
| 5 | 플로리다 |
| 6 | 펜실베이니아 |
| 7 | 오하이오 |
| 8 | 뉴욕 |
| 9 | 조지아 |
| 10 | 미네소타 |
| 11 | 애리조나 |
| 12 | 매사추세츠 |
| 13 | 일리노이 |
5. 2. 미국 식수 오염
PFOA(과불화옥탄산)와 PFOS(과불화옥탄술폰산)는 미국 환경 보호국(EPA)에서 유해물질로 조사되었다.[4] PFOS는 동물 독성 검사에서 심각한 영향을 미치며, 인간과 야생 동물에게 존재하고 환경에서 매우 지속적인 것으로 나타났다.[3]플루오로계 계면활성제는 매우 안정적이며 인간과 동물의 몸에 저장될 수 있어 생물 농축되는 경향이 있다. PFOA와 PFOS는 발수성 섬유, 발수 스프레이, 소방용 폼에 자주 사용된다.[4] PFOA는 동물 연구에서 여러 유형의 종양과 신생아 사망을 유발하고, 면역, 간, 내분비계에 독성 영향을 미칠 수 있다.[5]
2015년, 미국 공군은 소방용 폼에 포함된 플루오로계 계면활성제에 대해 82개의 미국 군사 기지를 테스트했다.[6] 메인주 브런즈윅 해군 항공 기지, 인디애나주 그리솜 공군 예비 기지의 지하수, 뉴햄프셔주 피스 공군 기지의 우물에서 PFC가 발견되었고, 피스 공군 기지에서는 어린이 500명을 포함한 사람들이 혈액 검사를 받았다. 미국 국방부는 미국 군사 기지, 특히 지하수에서 PFAS 오염의 특성과 범위를 파악하려고 노력해 왔다.[7]
2018년 의회 보고서에 따르면 "군 기지 또는 인근에 위치한 최소 126개의 식수 시스템"이 PFAS 화합물에 오염되었다.[8][9]
2016년 연구에서는 미국 33개 주 4,864개 급수 시설 중 194개에서 안전하지 않은[10] 수준의 플루오로계 계면활성제가 발견되었다. 미국 식수 공급의 3분의 2를 대상으로 한 이 연구는 13개 주에서 검출의 75%를 차지한다는 사실을 밝혀냈다. 소방용 폼이 주요 원인으로 지목되었다.[11]
| 순위 | 주 |
|---|---|
| 1 | 캘리포니아 |
| 2 | 뉴저지 |
| 3 | 노스캐롤라이나 |
| 4 | 앨라배마 |
| 5 | 플로리다 |
| 6 | 펜실베이니아 |
| 7 | 오하이오 |
| 8 | 뉴욕 |
| 9 | 조지아 |
| 10 | 미네소타 |
| 11 | 애리조나 |
| 12 | 매사추세츠 |
| 13 | 일리노이 |
6. 한국의 과불화 화합물 문제
한국에서도 과불화화합물(PFC) 문제는 여러 지역에서 발생하고 있다. PFC는 주로 산업체에서 제조 및 유통 과정에서 배출되며, 의류 제품 사용 및 폐기 과정에서도 유출된다.[1] 자연 상태에서 생성되지 않는 인공 화합물인 PFC는 분해 속도가 매우 느려 환경에 장기간 잔류하는 특성이 있다.[1] 배출된 PFC는 공기와 물을 통해 이동하며 광범위하게 환경을 오염시킨다.[1]
PFC의 이동 범위는 매우 넓어서 사람의 발길이 닿지 않는 고산 청정 지대는 물론, 돌고래, 북극곰의 간, 심지어 인간의 혈액과 모유에서도 검출될 정도이다.[1] 대구 수돗물에서도 과불화화합물이 검출된 사례가 있다.[1]
오염 발생을 억제하는 것이 최우선 과제이나, 이미 발생한 오염원에 대해서는 여러 처리 방법이 논의되고 있다.[1] 최근 연구에 따르면 화산석을 이용한 처리 방법이 높은 효율을 보이는 것으로 알려져 있다.[1]
참조
[1]
웹사이트
Profile - Perfluorooctane Sulfonate (PFOS)
http://www.sfei.org/[...]
San Francisco Estuary Institute
2016-10
[2]
서적
Advances in Heterocyclic Chemistry
Academic Press
[3]
간행물
Toxic Substances: A Half Century of Progress.
http://www.epaalumni[...]
EPA Alumni Association
2016-03
[4]
웹사이트
FAQ
http://www.epa.gov/o[...]
2011-05-11
[5]
논문
Epidemiologic Evidence on the Health Effects of Perfluorooctanoic Acid (PFOA)
[6]
뉴스
Grissom officials: Well tests show no chemical pollution
http://wishtv.com/20[...]
2015-09-19
[7]
간행물
Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFASs): Analytical and Characterization Frontiers
https://serdp-estcp.[...]
Strategic Environmental Research and Development Program (SERDP), Environmental Security Technology Certification Program (ESTCP)
2016-01-28
[8]
웹사이트
Suppressed Study: The EPA Underestimated Dangers of Widespread Chemicals
https://www.propubli[...]
2018-06-20
[9]
뉴스
Air Force won't pay for towns' water contamination costs
https://www.airforce[...]
2017-07-31
[10]
문서
Above the minimum reporting levels required by the EPA − 70 parts per trillion (ng/L) for PFOS and PFOA
[11]
뉴스
Unsafe levels of toxic chemicals found in drinking water for 6 million Americans
http://phys.org/news[...]
Science X network, phys.org
2016-08-09
[12]
뉴스
유해화학물질 PFC 관리방안 마련된다
http://www.todayener[...]
2018-01-30
[13]
뉴스
청정 자연 속에서 발견된 유해 화학 물질: 제거하시겠습니까? 그냥 두시겠습니까?
http://www.greenpeac[...]
2018-01-30
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