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착한 가마우지 257
PFAS(영구화학물질)은 어떤 화학적 원리가 반영된 것인가요?
PFAS(영구화학물질)이라는 것을 들었습니다. 이는 어떤 과정에 의해 합성된 것이며, 어떤을 특징을 가지고 있는지 궁금합니다.
3개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
PFAS는 자연적으로 존재하는 물질이 아니라, 인위적으로 합성된 불소계 유기화합물입니다. 합성 과정은 유기 화합물의 탄소 사슬에 있는 수소를 불소로 치환하는 방식으로 이루어지며, 이때 형성되는 탄소-불소 결합은 화학적으로 매우 강력하고 안정적입니다. 이러한 결합 덕분에 PFAS는 열, 물, 기름, 화학적 공격에 거의 영향을 받지 않고, 환경 속에서도 쉽게 분해되지 않습니다.
이 물질의 가장 큰 특징은 바로 ‘영구성’입니다. 자연적인 분해 과정이 사실상 일어나지 않기 때문에 한 번 환경에 방출되면 토양, 물, 생물체 속에 오랫동안 남아 축적됩니다. 또한 물과 기름을 모두 튕겨내는 성질, 표면에 잘 달라붙지 않는 성질, 높은 내열성과 내화학성을 가지고 있어 산업적으로는 매우 유용합니다. 이런 성질 때문에 방수 의류, 논스틱 조리도구, 소방용 폼, 화장품, 식품 포장재 등 다양한 제품에 활용되어 왔습니다.
하지만 바로 이러한 안정성과 영구성이 환경과 건강 문제를 일으킵니다. PFAS는 체내에 들어오면 수년 이상 머물며 혈액과 장기에 축적될 수 있고, 일부는 간 손상, 호르몬 교란, 면역계 이상, 암 발생 위험과 관련성이 연구되고 있습니다. 따라서 최근에는 여러 나라에서 사용을 규제하거나 대체 물질을 찾기 위한 노력이 활발히 진행되고 있습니다.
즉, PFAS는 강력한 탄소-불소 결합을 통해 합성된 인공 화합물로, 뛰어난 내구성과 발수·발유성을 지니지만 환경에 영구적으로 남아 인체와 생태계에 심각한 영향을 줄 수 있는 물질입니다.
안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
PFAS 는 Polyfluoroalkyl Substances 로 과불화화합물을 말합니다. 이 과불화화합물의 구조 때문에 영구화학물질 이라고 불리기도 합니다.
PFAS 는 C탄소와 F불소 사이의 결합으로 만들어지는데 이 두가지가 만나면 탄소는 14족의 원소로 4가지 전자를 가지고 있고 불소는 17족 원소로 가장 바깥에 7개의 전자를 가지고 있습니다.
불소는 원소들 중 전자를 끌어당기는 힘이 가장 강하기에 탄소의 전자 1개를 받아들여서 공유결합을 만들고 탄소의 4가지 전자에 하나씩 결합을 하여 CF4 라는 사불화탄소를 만들게 됩니다.
이는 전자쌍을 공유하는 단일결합임에도 유기화합물중 가장 강력한 단일 결합을 생성합니다. 서로 너무나 강력하게 결합해 있기에 이것을 끊어내려면 자연계의 힘으로는 끊어낼 수 없고 너무 안정하다보니 이를 영구화학물질 이라고 부르는 것 입니다
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)
안녕하세요.
질문해주신 PFAS가 영구화학물질로 불리는 것은 화학 결합의 안정성과 물성에 있는데요, 분자 구조에서 탄소 사슬의 수소의 대부분이 플루오린으로 치환된 형태입니다. 이때 탄소–플루오린 결합은 매우 높은 에너지를 갖는 결합인데요 플루오린은 전기음성도가 가장 큰 원소이기 때문에 탄소와 결합할 때 전자를 강하게 끌어당기며, 이로 인해 C–F 결합은 유기화학에서 가장 강한 단일결합 중 하나가 됩니다. 따라서 결합은 열, 산화, 환원, 자외선, 미생물 분해 등 대부분의 분해 조건에서도 쉽게 끊어지지 않기 때문에 PFAS는 환경과 생체 내에서 거의 분해되지 않고 장기간 축적됩니다.
이로 인해 PFAS 분자는 한쪽은 플루오린으로 둘러싸인 소수성을 가지며, 다른 쪽은 친수성 작용기를 갖는 경우가 많아 계면활성제처럼 작용하는데요, 물과 기름의 경계면에 자리 잡아 표면장력을 크게 낮추기 때문에 방수 섬유, 코팅제, 소방용 포말 등 다양한 산업에 활용되고 있습니다.
PFAS는 주로 두 가지 대표적인 공정을 통해 만들어지는데요 한 가지는 전기화학적 불소화 방식으로, 탄화수소를 전기화학적으로 처리하여 수소를 플루오린으로 치환하는 방법입니다. 다른 하나는 텔로머화인데요, 플루오린화된 단량체를 이용해 특정 길이의 불소화 탄소 사슬을 합성하는 방식으로 이 과정들을 통해 다양한 길이와 구조를 가진 PFAS 계열 물질이 만들어집니다. 이러한 화학적 특성은 열 안정성, 화학적 내구성, 낮은 표면에너지 덕분에 산업적으로 매우 유용하지만, 분해되지 않고 환경과 생체에 축적되며, 일부 물질은 독성 및 내분비계 교란과 같은 건강 문제를 유발할 수 있다는 문제는 있습니다. 감사합니다.