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콜타르

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목차

1. 개요

콜타르는 석탄 열분해를 통해 생성되는 약 10,000가지 화학 물질의 혼합물로, 주로 다환 방향족 탄화수소로 구성된다. 콜타르는 다양한 페놀성 유도체를 포함하며, 진통제, 약용 샴푸, 비누, 연고 등의 의약품으로 사용된다. 과거에는 도로 포장, 목재 방부제, 지붕 도료 등으로 사용되었으나, 현재는 연료, 페인트, 염료, 카본 블랙 등의 산업 원료로 주로 사용된다. 콜타르는 IARC에 의해 발암성 물질로 분류되어 있으며, 피부 자극, 햇빛 민감성 등의 부작용이 있을 수 있다.

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콜타르 - [화학 물질]에 관한 문서
개요
석탄 타르가 함유된 비누 광고 (과거)
석탄 타르가 함유된 비누 광고 (과거)
종류화학 혼합물
식별 정보
CAS 등록번호8007-45-2
UNIIR533ESO2EC
명명법
INN해당 없음
IUPAC 이름해당 없음
기타 명칭liquor carbonis detergens (LCD)
liquor picis carbonis (LPC)
약리학 정보
투여 경로국소 도포
임신 범주 (미국 FDA)C
법적 규제 현황
미국일반 의약품/ 전문 의약품
물리화학적 성질
외관끈적한 검은 액체
위험성 정보
주요 위험눈에 증기가 직접적으로 노출되는 것은 광과민성을 유발하여 눈과 시력에 심각한 손상을 일으킬 수 있으며, 장기적으로 노출되는 것은 피부와 안구에 암을 유발할 수 있음
GHS 신호어위험
H 문구H340, H350, H360
설명
콜타르석탄을 고온에서 건류할 때 생성되는 끈적하고 검은 액체이다.
용도의약품 (피부 질환 치료)
건축 자재

2. 조성

석탄의 열분해(건류)를 통해 생성되는 콜타르는 그 조성에 있어서 사용된 공정과 석탄의 종류(갈탄, 역청탄, 무연탄 등)에 따라 달라진다.[13] 콜타르는 약 10,000가지 화학 물질의 혼합물이며, 이 중 절반 정도인 약 50%만이 확인되었다.[14] 대부분은 다환 방향족 탄화수소(PAHs)로 구성되어 있다.[15][16]

콜타르에 포함된 주요 화학 물질은 다음과 같다.



이러한 성분 중 다수는 IARC 발암성 리스트의 그룹 1(발암성 있음)으로 분류될 정도로 알려진 발암 물질이다.[18][19][58]

코크스 제조 과정에서 석탄을 건류할 때 부생성물로 콜타르가 생성된다. 콜타르는 비중이 1.1~1.2이며,[58] 흑색~암갈색을 띤다.[58] 주성분은 방향족 화합물(다환 방향족 탄화수소)이며, 나프탈렌(5%–15%), 벤젠(0.3%–1%), 페놀(0.5%–1.5%), 벤조[a]피렌(1%–3%), 페난트렌(3%–8%) 등을 포함한다.[58]

콜타르를 분별 증류하고 남은 잔류물은 콜타르 피치라고 불린다.[58] 콜타르 피치를 가열하면 다환 방향족 탄화수소 등이 휘발 또는 비산하면서 특유의 타르 냄새를 낸다.[58]

콜타르는 과거 도료나 코팅제로 널리 사용되었으며,[58] 코크스 가마 작업이나 타르계 도료 제조 및 사용 시 노출될 수 있다.[58] 2016년 일본 내 콜타르 생산량은 1,380,943톤, 공업 소비량은 309,969톤이었다.[59]

2. 1. 유도체

다양한 페놀성 콜타르 유도체는 진통제 효능을 가지고 있다. 여기에는 아세트아닐리드, 페나세틴, 파라세타몰(아세트아미노펜)이 포함된다.[20] 파라세타몰은 오늘날에도 사용되는 유일한 콜타르 유래 진통제일 수 있다.[21] 산업용 페놀은 현재 콜타르가 아닌 원유에서 합성되는 경우가 많다.[22]

콜타르 유도체는 포도당-6-인산 탈수소효소 결핍증(G6PD 결핍증) 환자에게는 금기시되는데, 이는 산화 스트레스를 유발하여 적혈구 파괴로 이어질 수 있기 때문이다.[23]

3. 작용 기전

정확한 작용 기전은 알려져 있지 않다.[12] 콜타르는 페놀, 다환 방향족 탄화수소(PAHs), 헤테로고리 화합물의 복합 혼합물이다.[11] 이는 각질 용해제로, 피부 세포의 성장 속도를 줄이고 피부의 케라틴을 연화시킨다.[24][13] 콜타르 제제는 각질 용해 및 형성 작용, 가려움 완화 작용이 있다.[60]

4. 용도

콜타르는 의약품, 건설, 산업 등 다양한 분야에서 사용된다. 의약품으로는 비듬, 건선 치료 및 머릿니 제거 등에 사용되며, 세계 보건 기구의 필수 의약품 목록에도 등재되어 있다.[8] 건설 분야에서는 초기 포장 도로의 구성 요소로 사용되었으며, 오늘날에는 석유 유래 바인더와 실러가 더 일반적으로 사용된다. 산업 분야에서는 연료,[35] 페인트, 합성 염료, 사진 재료 제조,[35] 카본 블랙의 원료,[37] 흑연 제조의 바인더,[38][39] 전기 아크로에 사용되는 전극 페이스트의 주요 성분,[40] 나프타, 크레오소트, 피치와 같은 고부가가치 분획의 원료[58] 등으로 사용된다. 과거에는 침목이나 나무 전주 등의 목재 방부제로, 또 함석 지붕의 도료로 표면에 도포되어 사용되었지만, 콘크리트 제품의 보급과 건자재의 변화에 따라 사용되지 않게 되었다.[58] 제2차 세계 대전 전에는 석탄 화학 플랜트의 중요한 제품이었으나, 석유화학이 번성하면서 중요도가 낮아졌다.[58]

4. 1. 의약품

세계 보건 기구의 필수 의약품 목록에 등재되어 있으며, 보건 시스템에 필요한 가장 효과적이고 안전한 의약품이다.[8] 일반 의약품 및 처방전 없이 살 수 있는 약으로 제공된다.[9]

약용 샴푸, 비누, 연고 등에 사용되며, 항진균, 항염증, 가려움증 완화, 구충제 특성을 나타낸다.[12] 비듬, 건선 치료 및 머릿니 제거에 국소적으로 사용될 수 있다.[3] 자외선 치료법과 함께 사용될 수 있다.[3]

조원탄(pix carbonisla) 또는 석탄 타르 용액(liquor picis carbonis, LPCla) 형태로 사용될 수 있다.[12][25][26] 브랜드 이름으로는 Denorex, Balnetar, Psoriasin, Tegrin, T/Gel, Neutar 등이 있다. 국소 약물 제조 시 USP 석탄 타르 국소 용액 형태로 제공되며, 이는 석탄 타르의 질량 농도 에탄올 용액(20% w/v)과 폴리소르베이트 80 USP(5% w/v)로 구성되어 있으며, 바셀린과 같은 연고 기제에 희석해야 한다.

콜타르 제제는 각질 용해 및 형성 작용, 가려움 완화 작용이 있다.[60]

피부 질환인 건선에는 과거 콜타르를 외용하는 겍켈만 요법이 시행되었으나, 발암성이 지적된 후 시행되지 않게 되었다.

4. 2. 건설

콜타르는 초기 포장 도로의 구성 요소였다. 에드거 퍼넬 후리가 개발한 타맥은 화강암 칩으로 덮인 타르였다. 나중에 사용된 충전재는 산업용 슬래그였다. 오늘날에는 석유 유래 바인더와 실러가 더 일반적으로 사용된다. 이러한 실러는 주로 아스팔트 도로 포장, 주차장 및 보행로에서 아스팔트 콘크리트 포장의 수명을 연장하고 유지 관리 비용을 줄이는 데 사용된다.

콜타르는 기본 포장의 구조적 무결성을 보호하기 위해 사용되는 일부 주차장 실코트 제품에 포함된다.[27] 콜타르 기반 실코트 제품은 일반적으로 20~35%의 콜타르 피치를 함유하고 있다.[27]

4. 3. 산업

현대에는 콜타르가 주로 연료로 거래되며 지붕재와 같은 타르에도 적용된다. 콜타르 무역의 총 가치는 연간 약 200억달러에 달한다.[34]

콜타르는 다음과 같은 용도로 사용된다.

  • 연료.[35]
  • 페인트, 합성 염료(특히 타르트라진/황색 #5), 사진 재료 제조.[35]
  • 가열 또는 보일러 연료. 대부분의 중유와 마찬가지로 쉽게 흐르도록 하려면 가열해야 한다.[36]
  • 카본 블랙의 원료.[37]
  • 흑연 제조의 바인더. "그린 블록" 재료의 상당 부분이 코크스 오븐 휘발성 물질(COV)이다. 상업용 흑연 생산의 일환으로 그린 블록을 굽는 과정에서 대부분의 석탄 타르 바인더가 증발되며, COV와 석탄 타르는 건강에 해로울 수 있으므로 대기 배출을 방지하기 위해 일반적으로 소각로에서 연소된다.[38][39]
  • 전기 아크로에 사용되는 전극 페이스트의 주요 성분. 석탄 타르 피치는 코크스 또는 소성 무연탄일 수 있는 고체 충전제의 바인더 역할을 하여 전극 페이스트를 형성하며, 이는 Söderberg 전극 페이스트로도 널리 알려져 있다.[40]
  • 나프타, 크레오소트, 피치와 같은 고부가가치 분획의 원료. 석탄 가스 시대에 기업들은 이러한 물질을 분리하기 위해 석탄 타르를 증류하여 많은 산업 화학 물질을 발견했다.


과거에는 침목이나 나무 전주 등의 목재 방부제로, 또 함석 지붕의 도료로 표면에 도포되어 사용되었지만, 각각 콘크리트 제품의 보급과 건자재의 변화에 따라 사용되지 않게 되었다. 탄소 전극의 지지재로도 사용되었다.[58]

제2차 세계 대전 전에는 석탄 화학 플랜트의 중요한 제품이었다. 대전 후 석유화학이 번성하게 되면서 중요도가 낮아졌지만, 현재에도 분류하여 방향족 화합물이나 크레오소트유, 피치 등이 생산되어 염료나 카본 블랙의 원료로 이용되고 있다.

5. 안전성

콜타르 제품의 부작용으로는 피부 자극, 햇빛 민감성, 알레르기 반응, 피부 변색 등이 있다.[3] 임신 중 사용이 아기에게 안전한지는 불분명하며, 수유 중에는 일반적으로 권장되지 않는다.[43]

전국 건선 재단에 따르면, 콜타르는 수백만 명의 건선 및 기타 두피 또는 피부 질환 환자에게 안전하고 저렴한 치료 옵션이다.[44] 미국 식품의약국(FDA)은 0.5%~5% 농도의 콜타르가 건선 치료에 안전하고 효과적이라고 간주한다.[45] 한편, 콜타르는 산업 안전 보건법에 의해 제2류 특정 화학 물질로 지정되어 있다.

5. 1. 발암성

다환 방향족 탄화수소(PAH)를 다수 포함하는 콜타르는 장기간 지속적으로 노출될 경우 비흑색종 피부암의 위험을 증가시킬 수 있다.[46] 콜타르에 포함된 다환 방향족 탄화수소의 대사산물은 DNA에 결합하여 손상을 일으키는 것으로 알려져 있다.[19] 콜타르와 대기 오염에서 발견되는 PAH는 표피 세포에서 면역 노화와 세포 독성을 유발하며,[48][49] 단기간 노출 후에는 피부가 스스로 회복할 수 있지만, 장기간 노출 시에는 회복이 어려울 수 있다.[47] 장기간 노출은 "타르 사마귀"를 유발할 수 있으며, 이는 편평 상피 세포 암종으로 진행될 수 있다.[13]

콜타르는 1775년 굴뚝 청소부 암종 연구에서 직업적 노출로 인해 암을 유발하는 것으로 입증된 최초의 화학 물질 중 하나이다.[13] 국제 암 연구 기관(IARC)은 콜타르를 1군 발암 물질로 분류하며,[50][51][52] 미국 보건 복지부 또한 알려진 인간 발암 물질로 분류한다.[53] 일부 지방 자치 단체에서는 지하수의 PAH 함량 증가 우려로 콜타르 기반 도로 및 차고 바닥재 사용을 금지하기도 한다.[54]

야마기와 가쓰사부로와 이치카와 고이치는 집토끼 실험을 통해 콜타르의 발암성을 확인했는데, 이는 세계 최초의 화학 물질에 의한 인공 암 발생 사례이다.[58]

그러나 의료용 콜타르가 암을 유발하는지에 대한 증거는 결론적이지 않다.[47] 메이요 클리닉 연구에서는 건선 환자 대상 장기 추적 결과 피부암 발생률 증가가 없었으며, 미국 식품의약국(FDA) 또한 치료 수준에서 위험 증가가 인정되지 않았다고 보고했다.

6. 규제

콜타르 피치 휘발물질은 호흡, 피부 접촉, 눈 접촉을 통해 노출될 수 있다. 미국 산업안전보건청(OSHA)은 허용 노출 기준을 벤젠 가용성 분획 0.2 mg/m³으로 정했다. 미국 국립 산업안전보건연구원(NIOSH)은 권장 노출 기준을 사이클로헥세인 추출 가능 분획 0.1 mg/m³으로 설정했다. 콜타르 피치 휘발물질은 80 mg/m³ 수준에서 생명과 건강에 즉시 위험하다. 미국에서 의약품으로 사용될 때 콜타르 제제는 일반의약품으로 간주되며 FDA의 규제를 받는다. 대한민국에서는 산업안전보건법에 따라 특정 화학 물질(제2류)로 지정되어 관리되고 있다.

7. 과거 이용 사례 (대한민국)

과거 대한민국에서는 콜타르를 침목이나 나무 전주 등 목재 방부제로 사용하거나, 함석 지붕의 도료로 표면에 도포하여 사용했다. 그러나 콘크리트 제품 보급 및 건자재 변화에 따라 이러한 용도로는 더 이상 사용되지 않는다. 탄소 전극 지지재로도 사용되었다.[58]

제2차 세계 대전 이전에는 석탄화학 플랜트의 중요 생산품이었으나, 석유화학 발달로 중요도가 낮아졌다. 현재는 분류하여 방향족 화합물, 크레오소트유, 피치 등을 생산하여 염료나 카본 블랙 원료 등으로 활용한다.

참조

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