# 벌레형 마이셀 사용한 계면활성제 제형의 점증화

계면활성제 제형에서 원하는 유동(flow) 거동을 얻기 위해 자주 사용되는 방법은 계면활성제 응집체 자체를 활용하는 것이다. 이는 소수성 점증제를 첨가해 구형 마이셀(micelle)을 벌레형(worm-like) 마이셀로 전환하거나 친수성 회합성(associative) 점증제를 사용해 계면활성제 응집체를 교차시켜 달성할 수 있다.

일부 제형이 점증되기 어려운 이유, 염 또는 pH 곡선의 기원 또는 점도의 온도 의존성을 이해하기 위해서는 형성된 계면활성제 응집체의 형태와 특성을 자세히 살펴야 한다.

원하는 점도를 가진 제형을 얻기 위한 한 가지 선택은 바이오폴리머를 사용해 수상(water phase)을 점증화하는 것이다. 그러나 보다 바람직한 유동 거동은 계면활성제 응집체 자체를 점도 형성에 활용하는 것이다. 친수성(즉, 회합성) 또는 소수성 점증제를 사용하는 계면활성제 시스템의 점증화를 설명하는데 일반적으로 사용되는 도식적 표현을 그림1에 나타냈다[1].

친수성과 소수성 점증제 사용한 계면활성제 시스템의 점증화

구형 마이셀의 계면활성제 시스템에 소수성 점증제를 추가하면 벌레형 마이셀로 전환될 수 있는 반면, 회합성 점증제는 계면활성제 응집체를 교차 연결할 수 있으므로 점도를 높이기 위해 구형 마이셀을 교차하는 것보다 벌레형 마이셀을 교차하는 것이 더 효율적일 수 있다. 이러한 이유로 소수성과 친수성 증점제를 조합해 사용하는 경우가 많다.

일부 제형이 다른 제형보다 점도를 높이기 쉬운 이유, 점도의 온도 의존성의 기원, 염도(salt) 곡선 또는 점도의 pH 의존성과 관련된 현상을 이해하려면 벌레형 마이셀을 자세히 살펴볼 필요가 있다. 때때로 막대형 마이셀이라는 용어가 사용되기도 하는데 이는 이러한 마이셀의 거동을 설명하는 데는 마이셀의 길이보다 더 많은 매개변수가 있음을 이미 나타낸다.

다음에서는 벌레형 마이셀을 포함하는 제형이 전단력(shear forces)에 어떻게 반응하는지에 대해 설명한다. 마이셀의 길이, 모양 또는 강성(stiffness)에 영향을 미치는 시스템의 모든 변화는 유동 거동에 영향을 미친다.

형성된 계면활성제 응집체의 유형은 임계 패킹 파라미터(critical packing parameter, CPP) 개념을 도입한 이스라엘아크빌(Israelachvili)[2]이 원래 제시한 간단한 기하학적 모델로 이해할 수 있다. CPP는 V/a0l, 즉 계면활성제의 소수성 부분의 부피(V)와 소수성 테일의 길이(l)와 친수성 헤드의 면적(a0)을 곱한 값의 비율로 정의된다(그림2A).

CPP가 1/3 미만인 경우(즉, 계면활성제 분자가 아이스크림 콘 모양인 경우), 이는 ‘일반적으로’ 하전된 헤드그룹을 가진 단일 C12알킬 사슬 계면활성제(예: 소듐라우레스설페이트(SLES) 또는 코카미도프로필베타인(CAPB)의 경우가 대표적이다.

계면활성제의 헤드그룹의 크기는 그 분자 본래 구조보다 더 크며 헤드그룹 전하의 영향을 주로 받는 수화 구형(hydration sphere)을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 따라서 헤드그룹 크기는 처방의 염도(salt level) 뿐만 아니라 반대 전하를 띠는 헤드그룹(이온성 계면활성제의 경우) 또는 온도(에톡실레이트의 경우) 간의 상호작용에 의해 영향을 받는다. 하나의 헤드그룹이 두 개의 C18 알킬 사슬(예: 인지질, 섬유 유연제의 4차 암모늄 물질)에 연결된 경우 CPP는 ≈1이고 계면활성제는 평면(곡률 ≈ 0) 이중층(소포체(vesicles), 라멜라상)을 형성한다.