산화 에틸렌이란?
석유의 정제를 통해 기본 물질인 나프타(Naphtha)를 추출하고 이 나프타에서 에틸렌(Ethylene, C2H4)을 비롯해 프로필렌(Propylene, C3H6), 벤젠(Benzene, C6H6), 톨루엔(Toluene, C7H8), 자일렌(Xylene, C8H10) 등의 다양한 물질을 얻어낼 수 있다. 그리고 에틸렌에서 '산화 에틸렌'을 얻어낸다.
포자 박멸제 및 바이러스 박멸제(Rossoff, 1974)로 쓰인다. 주로 에틸렌글리콜, 2-아미노 에탄올, 글리콜에테르, 폴리에틸렌 등의 유기 화합물의 원료로 사용되며, 계면활성제의 원료로 사용한다. 산화 에틸렌은 미생물을 사멸시키기 때문에 병원 등에서 의료 기구의 소독에 이용하고 있다. 산화 에틸렌 가스는 박테리아(및 그 내생포자), 곰팡이, 진균류를 죽인다. 산화 에틸렌의 강력한 산화성으로 인해 흡연 시 담배 연기를 통해 호흡기계가 노출되면 호흡기계 자극, 염증 및 암을 일으키거나 생식 및 발달 독성도 유발할 가능성이 있어 미국 정부에서 담배 함유 유해 물질 93종 중 하나로 지정하고 있다.
상온·상압에서 무색·투명한 액체로 달콤한 냄새가 나며 가열시(427℃ 이상) 폭발하는 특성이 있고, 물과 에탄올과 일반적인 유기용제 등에 잘 녹으며 휘발성이 커서 상온에서 증발한다. 산화 에틸렌은 고압가스 인데다가 발암성도 내포하고 있어 산업안전보건법(산업보건기준에 관한 규칙) 상 관리대상 유해물질(노출기준설정물질)로 지정, 관리되고 있다. 또한 가연성, 폭발성을 가지고 있어 특수한 경우가 아니면 수입되지 않고 있으며, 국내에서 생산된 EO의 90% 이상이 국내에서 자체 소비되고 있다고 한다. 그리고 생산된 산화 에틸렌의 약 0.05%는 멸균제와 같이 직접적으로 사용되고, 나머지 99.95%는 합성 화학제품의 기초 원료로 간접적으로 사용된다.
산화에틸렌의 법적 규제 현황
노출기준 | TWA : 1ppm |
특수건강 진단주기 | 12개월 |
작업환경 측정주기 | 6개월 |
산업안전 보건법 | PSM 대상물질, 독성물질, 인화성가스, 작업환경측정물질, 관리대상물질, 특수건강진단물질 |
유해화학물질 관리법에 의한 규제 | 사고대비물질, 유독물 |
위험물안전관리법에 의한 규제 | 자료없음 |
산화 에틸렌의 구조
에틸렌(C2H4)에 산소원소(O) 하나가 덧붙여진 물질
동력학 및 대사
▶ 흡수
병원의 멸균 병동에서 일하는 직원 10명의 산화에틸렌 노출을 생물학적으로 모니터링하기 위해 이들의 폐포 공기와 혈액 을 분석하였다. 8시간 교대근무 도중과 근무가 끝날 때 주변 공기와 이들의 폐포 공기 및 정맥혈액을 채취하였다. 산화 에틸렌의 대기 중 평균 농도는 5.4 mg/㎥이었고 폐포 공기 중 평균 농도는 1.2mg/㎥이었다. 회귀분석 결과, 혈중 산화에틸렌 농도는 대기 중 산화에틸렌 농도보다 평균적으로 3배 높았고, 폐포 공기 중 농도보다는 평균 12배 높았다(Brugnone, 1986) .
▶ 분포
생체 외 실험에서 인간의 혈액을 동위원소로 표식 된 산화에틸렌으로 배양한 뒤 방사능의 분포를 조사하였다. 배양된 혈액 표본들을 림프구, 고분자 적혈구 세포질(분자량 10,000 이상), 저분자 적혈구 세포질(분자량 10,000 미만), 혈장으로 분리 하였다. 각 표본의 방사능은 액체섬광계수법으로 측정하였다. 적혈구 세포질에서 방사능 분포는 개인별로 현저한 차이가 있었고, 이에 따라 크게 두 그룹으로 분류할 수 있었다. 이 두 그룹이 메틸할로겐과 적혈구 글루타티온의 효소적 포합 여부에 따라 구분한 포합군과 비포합군과 서로 일치했다는 것은 효소 다형증과 같은 공통 원리가 있음을 암시한다. 그런 다형증은 인간의 간에서 에폭사이드를 효율적으로 포합하는 글루타티온 S-전이효소 돌연변이(glutathione S-transferase mutation)에서 나타난다. 혈액의 다른 분획에서는 개인별 차이가 발견되지 않거나 있더라도 유의하지 않았다. 혈색소 혹은 림프구 DNA와 같은 혈액 내 여러 고분자를 제품과 결합시켜서 산화에틸렌의 직업적 노출에 대한 생물학적 모니터링 방법으로서 논의되고 있다.
▶ 대사
세포에 흡수된 다음 가수분해 되어 에틸렌 글리콜이 된다(Clayton, 1981-1982).
▶ 배설
마우스를 1,2-(3)h-산화에틸렌 증기가 혼합된 공기 중에서 75분간 노출시켰을 때 24시간 이내 방사능의 90~95%가 배출 되었다. 잔류 방사능의 농도가 가장 높은 곳은 비장의 단백질 부분이었고, 간, 신장, 폐, 고환에도 그보다 적은 양이 검출되었다(IARC, 1976).
인체 유해성
산화 에틸렌은 화학제품 생산을 위해 사용되지만 병원 기구 살균, 멸균 작업 시 사람에게 노출될 수 있는 물질이다. 흡입독성 실험 연구에 따르면 마우스에서 폐포 및 폐 세기관지 종양, 악성 림프종, 자궁 선암, 유방암 등이 증가함을 볼 수 있었다. 또한 만성적 저농도 에틸렌 옥사이드에 노출될 때 나타나는 결과로서 자연유산, 위암 및 백혈병의 증가와 DNA adductor, Hbadducts 의 형성 및 염색체 상과 자매염색체 교환(Sister Chromatid Exchange, SCE) 의 발생빈도 증가(서상옥 등, 1995), 임신 중인 여성에게는 자연유산율(16.7%)이 대조군에 비해 높으며 그 외에도 소화기 및 비뇨생식기 장애, 백혈병 및 돌연변이를 일으키는 물질로 보고되고 있다.
▶ 호흡 독성
코와 목에 자극 증상이 일어나고, 폐에 손상을 일으킨다. 기침과 호흡곤란, 구토, 메스꺼움 등의 증상을 야기 시키며, 고농도로 노출될 경우 폐부종을 일으키며 심한 호흡곤란 증상이 일어난다. 또한 후각이 둔해지고 호흡기 감염을 일으킨다.
극심한 노출 후 폐부종을 유발할 수 있고, 드물게 천식이나 폐렴의 합병증이 있을 수도 있다. 고농도의 증기흡입 시 폐부종, 신장손상과 사망을 유발한다.
▶ 신경 독성
중추신경계 억제가 나타날 수 있다 (OHS MSDS). 경련성 움직임, 떨림, 무기력, 기면, 두통, 발작, 현기증이 보고되었다. 심각한 노출은 혼수를 야기할 수 있다. 신경정신병적 증상, 인지기능 장애, 다발성 신경증을 포함하여 말초, 중추신경계 이 상을 초래할 수 있다. 700 ppm 이상의 농도에 간헐적으로 2달 동안 노출된 작업자들에서 점막 자극, 후각과 미각의 일시 적 둔화, 두통, 오심, 구토, 기면, 팔다리의 저림 및 무력증, 기억/사고 장애, 불명료한 언어, 연하곤란, 안면쇠약, 재발성 주 요 운동발작이 보고되었다. 신경학적 검사 결과는 감각운동 신경병증과 일치했다.
산화에틸렌에 노출된 근로자는 백혈병의 발생률이 높다.
▶ 피부독성
피부를 통해 흡수 시 유독/치명적일 수 있고, 접촉 시 화상, 심한 부상 그리고/또는 동상을 유발할 수 있다.
피부 접촉 시 화상을 입게 되며 접촉 후 시간이 지날수록 부종, 홍반이 생기며 수포가 생기면서 피부가 벗겨진다. 또한 동상이 생기고 피부 감작을 일으키기도 한다. 또한 일부사람에게 있어 피부염을 유발시킬 수 있고 기존 피부염의 증상을 악화시킬 수 있다.
베임, 찰과상 또는 환부를 통하여 혈액 속에 들어갈 경우, 유해한 영향과 함께 전신손상을 유발할 수 있음
▶ 생식 독성
임신 중에 멸균작업에 종사하여 산화에틸렌에 노출된 병원직원에서 자연유산율이 대조군에 비해 높고, 태아에 영향을 주는 것으로 나타났다
▶ 기타 독성
◾ 안구
접촉 시 화상, 심한 부상 그리고/또는 동상을 유발할 수 있고 일부사람에게 눈 자극을 일으키고, 점안 24시간 이후 눈 손상을 일으킬 수 있다. 충혈과 함께 염증이 발생하거나 지속된 노출의 경우 결막염을 일으킬 수 있다.
◾ 경구
메스꺼움, 구토, 설사를 유발할 수 있다.
산화 에틸렌의 발암성
피부 화상, 눈 화상, 기도 자극, 중추신경계 억제, 알레르기 반응 및 인 간의 경우 발암 위험 등의 가능성이 있다. GHS 유해성 위험성 분류상 급성 독성(흡입: 가스) 항목 구분3(흡입하면 유독 함), 발암성 항목 구분1A(암을 일으킬 수 있음)에 해당되는 물질이다.
산화 에틸렌은 백혈병, 위암 등을 유발하는 것으로 알려져 있다. 국제 발암성 연구소(IARC)는 인체 발암성 물질로, 미국 산업위생 전문가협의회(ACGIH)에서는 인체 발암성 의심 물질로 규정하고 있고 노동부는 인체발암성 추정물질로 규정하고 있다. 또한 산화 에틸렌에 노출된 근로자 집단과 노출되지 않은 근로자 집단의 외부독성물질에 대한 감수성을 결정하는 요인 중의 하나인 GST의 활성도와 염색체 이상 빈도를 비교한 결과, 산화 에틸렌 노출군이 대조군보다 GST 활성수준 및 염색체 이상빈도가 유의하게 높았다고 보고되었다(김진숙 등, 1993).
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