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주목받는 화장품 신원료 ⑨ 포마이트(FOAMITE 2E8)

속포성 부여하는 신규 중쇄형 계면활성제

이나리 기자 narilee@cosinkorea.com
등록 2014.02.06 22:27:00

[코스인코리아닷컴 서성수] 최근 몇 년간 피부와 두피의 약산성 유지와 피부에 대한 자극성 저하를 목적으로 한 약산성 처방의 증가, 실리콘의 다량배합, 고급 알코올, 각종 유효성분이 눈에 띄고 있다.

이러한 처방의 복합화, 다양화에 따른 중요한 과제 중 하나가 ‘거품발생과 거품양의 저하 방지’라고 할 수 있다. 즉 거품 발생이 어려운 소재에 거품 발생을 향상 시키면서 거품의 양도 증가 시킬 수 있는 기포 개선제(속포제)에 대한 니즈가 높기 때문이다.

‘속포’ 효과에 주목해 계면활성제의 공기와 액의 계면으로의 흡착 관점에서 스크리닝을 실시한 결과 거품 발생이 어려운 계면활성제에 소량 첨가로 거품 발생 속도를 높일 수 있는 포마이트 투이에잇(FOAMITE 2E8)(이하 FOAMITE)를 개발했다.

포마이트(FOAMITE)는 옥틸아민에 에틸렌옥사이드를 1.9몰 부가시킨 3급 아민 타입의 온계면활성제이다.

포마이트 개발 경위

속포제란 ‘거품 발생 스피드를 향상 시킬 수 있는 포질 개선제’를 일컫는다. 거품발생은 크게 나누어서 액체중에 기체를 분산시키는 기포 과정Ⅰ과 분산된 기포가 부상해 형성된 물거품의 안정화 과정Ⅱ 두 가지로 나눌 수 있다.

즉 속포제는 Ⅰ과 Ⅱ가 반복이 됨에 따라 기포가 연달아 형성돼 거품이 발생하는 것을 의미한다. 속포성은 과정Ⅰ가 중요하며 여기에 관련된 물리적 인자는 주로 표면흡착속도이다.

이 표면흡착속도를 알기 위해서 최대 포압법에 의한 동적표면장력측정(이하 DST)이 최적이라 판단돼 속포성 검토해 착수했다.

포마이트(FOAMITE) 구조식

DST에 의한 공기와 액의 계면흡착 특성

DST와 관능평가에서의 거품 발생 초기와 시간축의 관련성에는 명확한 정의가 없다. 거기에서 면적령(Surface age) 0.1~1.0s인 범위를 속포성의 유효동적 표면 장력치로 했다.

예를 들면 손 씻기에 의한 관능평가를 가정한 경우 세정제를 손에 덜어 거품이 발생 시작되는 1초(1.0s) 미만에서의 속포성을 비교하는 것으로 동의하기로 했다. 면적령(Surface age)이 0.1~1.0s에서의 DST 결과에서 비교하는 DST의 거품 수명시간, 샘플의 농도를 고정한 경우 보다 낮은 표면장력치로 되어 있는 샘플의 기액 계면으로의 흡착 속도가 빠르다.

즉 속포성이 높다는 것을 나타낸다. 또 음이온 계면활성제는 다양한 종류가 있지만 보다 단순한 구조이면서 속포성이 높지 않은 비누의 주성분인 라우린산칼륨(이하 PL)을 사용했다.

아래 표는 DST의 결과를 시판되고 있는 비이온성 계면활성제의 결과를 보여준다. 다른 화합물과 비교했을 때 포마이트(FOAMITE)가 속포성이 우수하다는 것이 명확하다는 것을 알 수 있다.

PL2 성분계에서의 동적 표면 장력

총 계면활성제농도 1wt%, PL : 보조계면활성제 = 0.85 : 0.15(몰비)

pH9.5±0.5 , 25℃

정적표면장력(SST)에 의한 흡착 특성

범용적인 증포제와 포마이트(FOAMITE)의 비교로 보조 계면활성제 단독성분인 표면장력 log 농도 곡선과 곡선에서 산출되는 임계미셸농도(이하 CMC) 측정결과(표)를 나타냈다.

SST결과에 의해 산출한 CMC치 일람

단독성분인 CMC치를 비교한 경우 속포성이 높은 포마이트(FOAMITE)는 속포성이 낮은 라우라미드DEA와 라우린산 PG와 비교했을 때 CMC가 높은 결과가 나타났다. 또 DST와 같은 PL과의 2성분 혼합계에서도 같은 경향이 있었지만 차이를 알기 어려웠기 때문에 보조 계면활성제 단독계에서의 결과를 게재했다.

표면장력_log 농도곡선

속포성을 부여하는 메커니즘

포마이트(FOAMITE)의 CMC치가 높은 사실에서 용액중의 모노머 농도는 높아져 있다. 공기와 액의 계면에 흡착하는 분자가 많고 재빠르게 포화흡착에 다다르기 때문에 쉽게 안정된 거품을 형성 할 수 있게 된다. 재빠르게 안정된 거품 형성이 가능하기 때문에 거품이 쉽게 사라지지 않고 증포 효과가 있다고 볼 수 있다.

반대로 속포성이 낮은 보조 계면활성제를 첨가해도 모노머의 농도는 낮기 때문에 공기와 액의 계면에 흡착하는 분자는 적다. 벌크중의 모노머 농도가 낮고 포화흡착에 다다르지 않은 것으로 하면 포화흡착시키기 위해서는 미셸에서 분자공급을 해줘야만 하고 이를 위해서는 미셸의 붕괴 과정이 필요하게 된다.

이 미셸에서 모노머로의 붕괴 과정을 위해 시간차가 발생해 속포성이 낮게 된다고 생각된다. 또 단시간으로 포화흡착에 도달하기 어려운 점에서 거품이 쉽게 사라진다는 것도 속포성이 낮은 요인이라고 생각된다. 이처럼 속포성이라는 새로운 개념을 공기와 액의 계면으로의 분자의 흡착과정에서부터 설명이 가능하게 됐다.

속포성 간이 측정

계면활성제의 속포성 평가로서 일반적인 로스마일스법, 믹서법, 회전기포력시험 등은 거품의 안정화 과정을 평가하고 있는 것에 지나지 않으며 속포성과의 상관성은 없다고 말할 수 있다.

포마이트(FOAMITE)의 특장을 정확하게 평가하기 위해 속포성 시험기를 개발했다. 측정용액으로 채운 용기 안에 교반봉을 넣어 교반하는 것으로 거품이 비파괴적으로 메스실린더 안에 축적되어 간다. 거품의 양이 200ml에 도달하는 시간에서 ‘기포속도 (mL/S)’를 구해 비교를 실시했다. 기포속도치가 크면 거품발생이 빠르고 작으면 기포발생이 느린 것을 나타낸다.

속포성 시험기

일례로서 본 속포성시험기에서 측정한 결과를 아래 표에 나타냈다. 사전에 각 음이온 계면활성제 / 코카미도프로필베타인 / 코카미도 MEA = 14/3/2 (중량비)의 베이스 처방에 보조 계면활성제를 2% 첨가하고 pH를 야자유지방산K는 pH10으로 그밖에 6으로 조정한 20% 수용액을 조정했다.

이 수용액을 1% 수용액으로 희석하고 교반봉의 교반속도는 400rpm으로 실험을 실시했다. 결과에 의하면 보조 계면활성제 첨가가 없는 경우와 다른범용 비이온성 계면활성제와 비교해도 기포속도 차이는 확연하게 드러났다. 즉 속포성이 높다는 것이 확인됐다.

속포성시험기에서 측정한 결과 : 기포속도 (mL/S)의 비교

포마이트 투디에잇(FOAMITE 2E8)은 무색~담황색의 액체로 희미하게 특이한 냄새가 난다. 아이엔씨아이(INCI)명은 PEG-2 카프리릴아민(CAPRYLYLAMINE)이다.

세정제의 처방을 구상하는데 있어서 처방의 다양화에 따라 처방자들의 대다수가 거품 발생에 대한 불만과 부족함을 느끼고 있다. 이번에 개발한 포마이트 투디에잇(FOAMITE 2E8)은 그러한 불만을 해소함과 동시에 이제까지 없었던 거품발생, 거품양의 증대를 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

서성수 (주)해피콜 대표이사