석면은 함수규산염광물로 길이 5 ㎛ 이상, 종횡비 3:1 이상을 갖는 6종의 섬유상 광물이다. 석면은 내구성, 내열성, 내화학성, 전기절연성 등이 뛰어나 건축자재 등 다양한 분야에서 널리 사용되어져 왔다. 그러나 석면이 호흡기를 통해 체내에 유입되면 폐암이나 악성중피종, 석면폐증 등 각종 질환을 일으킨다는 사실이 보고되며 1987년 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)에서는 석면을 1군 발암물질로 지정하였다. 이러한 석면은 암석의 순환과정에 생성되며, 석면과 함께 산출될 수 있는 광물을 석면함유가능물질 또는 석면함유광물질 이라고 한다. 우리나라는 석면 노출을 원천적으로 차단하기 위하여 석면안전관리법상 광물 4종(활석, 질석, 해포석, 사문석)을 석면함유가능물질로 지정하였다. 이러한 4종의 석면함유가능물질은 화장품, 비료, 단열재 등의 원료로 널리 이용되고 있다. 국내 석면함유가능물질의 석면허용기준에 따르면 최종제품으로 유통되는 제품은 0.1% 미만이나 불검출 되어야만 유통이 가능하도록 규제하고 있다(환경부고시 제2020-266호, 고용노동부고시 제2020-517호). 하지만 석면함유가능물질을 원료로 사용한 완제품에 대한 석면 분석 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 시중에서 유통되고 있는 석면함유가능물질(활석, 질석, 해포석, 사문석) 함유 완제품에 대한 석면 분석을 실시하고 구성광물과 석면의 존재여부, 함유량 및 형태 등의 광물학적 특성을 알아보고자 하였다. 이 연구는 총 2장으로 이루어져 있으며 1장에서는 석면함유가능물질 4종 함유 제품에 대한 구성광물과 석면의 존재여부, 함유량 및 형태 등의 광물학적 특성에 대한 연구, 2장에서는 석면함유가능물질 중 국내 수입 비중이 가장 높은 활석 및 하소활석 함유 제품에 대한 구성광물과 석면의 존재여부, 함유량 및 형태 등의 광물학적 특성에 대한 연구내용으로 나누어 정리하였다.
석면함유가능물질 함유 제품의 광물학적 특성 연구를 위해 환경부 고시(제2018-23호)를 따라 석면 분석을 실시하였다. 시료는 셀룰로오즈 및 합성 고분자물질 등 유기결합체를 제거하기 위하여 약 450℃에서 6시간 회화처리한 후 막자사발을 이용해 파쇄하고, 75 ㎛ 표준체를 통과한 입자를 회수하여 분석에 이용하였다. 광물 동정 및 광학적 특성을 위해 X-선 회절(XRD) 분석과 편광현미경(PLM) 분석을 실시하였다. 또한 최근 미국의 분석법(US FDA No. FDA-2020-N-0025)에 따라 투과전자현미경(TEM-EDS) 분석을 실시하여, 국내 기준 석면(길이 5 ㎛ 이상, 종횡비 3:1 이상의 6가지 함수 규산염광물)뿐만 아니라 길이 0.5 ㎛ 이상인 작은 크기의 긴 형태 입자(elongated mineral particles, EMP)의 형태 및 화학조성을 파악하였다.
1장에서는 활석 함유 제품(화장품 류) 시료 18개, 질석 함유 제품(배양토, 비료 등) 시료 5개, 해포석 함유 제품(반려동물 관련 제품) 시료 2개와 사문석 함유 제품(장신구, 비료 등) 시료 3개에 해당하는 총 28개 시료를 선정하였다. 연구결과, 모든 활석 함유 제품에서 길이 5 ㎛ 이상과 종횡비 3:1 이상의 기준에 부합하는 석면은 불검출되었으나 TEM-EDS 분석결과, 일부 시료에서는 0.5 ㎛ 이상을 보이는 주상 형태의 입자가 다수 관찰되었다. 반면, 질석 함유 제품 중 배양토 및 비료에서 악티노라이트 석면(<0.25%)이 검출되었고, 사문석 함유 제품 중 팔찌와 장식용 천연원석에서 길이 0.5~2 ㎛ 를 갖는 백석면(<0.25%)이 검출되었다. 반면, 해포석 함유 제품(예: 고양이 모래)에서는 석면은 불검출되었다.
2장에서는 호흡기 노출 위험이 높은 분말 형태의 활석 함유 화장품 15개, 비산 가능성이 있는 제품(예: 드라이샴푸)을 포함한 생활환경화학제품 5개, 하소활석을 함유한 도자기 제품을 포함한 10개에 해당하는 총 25개 시료를 선정하였다. XRD 분석결과, 모든 시료에서 석면 관련 피크는 검출되지 않았으며 마찬가지로 PLM 분석에서도 석면의 신장부호 및 분산염색색상을 가진 섬유상 형태의 입자는 관찰되지 않았으나 일부 시료에서 곧은 직선형을 갖는 주상 형태의 입자가 관찰되었다. 하지만 TEM-EDS 분석한 결과, 인체에 직접 사용하는 분말 형태의 활석 함유 화장품이나 비산 가능성이 있는 생활환경화학제품에서 0.5 ㎛ 이상의 주상 형태인 EMP는 다수 관찰되었다.
연구결과를 종합해보면 대부분의 석면함유가능물질을 함유한 제품 내에 석면은 검출되지 않았다. 하지만 석면허용기준이 0.1% 미만이어야 하는 최종제품(예: 질석 함유 배양토·복합비료, 사문석 원석) 및 불검출되어야 하는 인체 직접 접촉되는 제품(예: 사문석 함유 팔찌)의 경우에서는 석면이 검출되었다. TEM-EDS 분석을 통해 활석 함유 화장품에서 길이 0.5 ㎛ 이상의 크기를 갖는 EMP가 다수 관찰되었고 특히 사문석 함유 팔찌나 장식용 천연원석에서 길이 5 ㎛ 미만의 백석면이 검출되었다.
국내 석면함유가능물질에 대한 석면 분석방법은 XRD와 PLM 분석을 이용하고 있으나 XRD 분석은 석면의 형태를 구분할 수 없으며 석면함유가능물질 내 0.5% 이하의 소량으로 석면이 존재하게 되면 검출한계로 인하여 판별이 어렵다. 또한 PLM 분석은 저배율로 분석하므로 1% 이하 수준의 낮은 석면 함유율에 대한 정량이 어려울 뿐만 아니라 두께가 얇거나 크기가 작은 섬유상 석면의 검출이 어렵게 된다. 따라서 이러한 한계는 두께가 가늘거나 길이가 0.5~5 ㎛ 미만인 석면에 대한 형태, 화학조성 및 결정학적 특성을 관찰할 수 있는 TEM-EDS 분석으로 보완될 수 있을 것으로 생각된다.

Asbestos is a group of hydroxyl-containing silicate minerals that have fibrous form (≥5 ㎛ and length:width ratio≥3:1). Asbestos has been widely used in various products including construction due to its durability, heat resistance, chemical resistance, and electrical insulation properties. However, it is designated as a Group 1 carcinogen by the International agency for research on cancer (IARC) due to its association with lung cancer, mesothelioma, and asbestosis. Talc, vermiculite, sepiolite, and serpentine, which are minerals that may possibly contain asbestos, were designated as materials likely to contain asbestos (MLCA) in Korea (Asbestos Safety Management Act enacted in 2012). Although these materials are used as the primary raw materials used in manufacturing of commercial products such as cosmetics, agricultural fertilizers, and insulation materials. According to Ministry of Environment (Asbestos Safety Management Act), asbestos must not be detected or contain below 0.1% in commercial products of MLCA. This study aims to analyze asbestos and characterize mineralogical properties for products made of MLCA. It is divided into the following two chapters: asbestos analyses and characterization of mineralogical properties of products containing four types (talc, vermiculite, seipiolite, and serpentine) of MLCA were covered in Chapter 1 and asbestos analyses and characterization of mineralogical properties of products containing talc- and calcined talc-containing products, which are used the most among the materials, were investigated in Chapter 2.
In accordance with the Ministry of Environment Notice No. 2018-23, all products were heated at 450℃ for 6 hours to pretreat the samples. Then X-ray diffraction (XRD) and polarized right microscopy (PLM) were performed for asbestos analysis. In addition, elongated mineral particles (EMPs) with a length of more than 0.5 um were also investigated through transmission electron microscopy-energy dispersive spectroscopy (TEM-EDS) according to US FDA No. FDA-2020-N-0025.
In Chapter 1, asbestos analysis was performed on commercial products containing four types of MLCA (18 talc, 5 vermiculite, 2 sepiolite, and 3 serpentine). In the talc-containing products, asbestos was not detected, but a number of columnar EMPs with a length of 0.5 μm or more were observed by TEM analysis. Trace amounts of actinolite asbestos (<0.25%) were detected in vermiculite-containing potting soil and fertilizers, and fibrous chrysotile (<0.25%) with a length of 0.5 to 2 μm was observed in serpentine gemstone and serpentine-containing jewelry. On the other hand, no asbestos was detected in sepiolite-containing products (i.e., cat sand).
In Chapter 2, asbestos analysis was performed on talc (15 cosmetics and 5 household chemical products) and calcined talc-containing commercial products (2 tires and 3 ceramics). As a result, all samples did not contain asbestos, but EMPs with an aspect ratio of 3:1 or more and a length of 0.5 to 5 μm were observed in most samples through TEM analysis.
These results indicate that in most commercial products containing MLCA, asbestos was not detected. However, trace amounts of chrysotile with a length of less than 5 ㎛ was contained in serpentine-containing jewelry and serpentine gemstone used in direct contact with the human body, which must not be detected. Furthermore, talc-containing cosmetics used directly on the human body have been shown to contain many EMPs.
This result suggests that asbestos is unlikely to be detected (≥5 μm) with current asbestos analysis methods using PLM because MLCA is ground into fine particles like EMPs during product manufacturing. Therefore, TEM analysis could improve the efficiency of asbestos and EMP detection in commercial products containing MLCA.