색소

색소

색소의 정의 : 색소는 화장품에 배합되어 화장품이나 피부에 색을 부여하는 것을 목적으로 하며 주로 적절한 색상을 표현하기도 하고 피복력을 가지거나 자외선을 방어하기도 한다. 주로 메이크업 화장품에 사용되는데 메이크업 화장품에 사용 된 착색제(색소)는 피부의 결점을 감추고, 보다 건강하고 매혹적인 피부 표현을 하기 위한 용도로 사용된다. 기초화장품에서는 내용물의 외관을 좋게 보이기 위해서 극소량 배합되기도 한다. 화장품에 배합되는 색소는 크게 유기합성 색소(타르색소), 무기 안료, 천연색소로 나눌 수 있으며, 제품별 필요에 따라 진주광택안료나 고분자 분체들이 화장품 원료로 상용되고 있으며, 새롭고 다양한 기능의 분체가 개발되고 있으나 색소원료는 식품, 화장품, 의약품에 사용할 수 있는 것이 그 목적에 맞게 한정되어 있다. 

화장품용 색소의 종류

1.유기합성 색소(타르색소)

1) 염료(Dye) : 염료는 물 또는 오일, 알코올에 녹는 색소로 화장품 기제 중에 용해 상태로 존재하여 화장품 자체에 색상을 부여하기 위해 사용한다. 물에 녹는 염료를 수용성 염료라 하며 오일에 녹는 염료를 유용성 염료라 한다. 주로 기초화장품, 모발화장품에 사용하며 카로틴, 안토시아닌과 같은 천연 색소는 독성이 없어 안전하나 일반적으로 안정성이 떨어지고 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서 값이 싸고 안정성이 있는 인공으로 합성된 타르(Tar)색소들이 일반적으로 사용되고 있다. 염료의 종류에는 아조계 염료, 잔틴계 염료, 퀴놀린계 염료, 트리페닐계 메탄 염료, 안트라퀴논계 염료 등이 있다.

2) 레이크(Lake) : 레이크 안료는 물에 녹기 어려운 염료를 칼슘 등의 염으로 물에 불용화시킨 것으로 적색 201호, 204호,
206호, 207호 등이 있다. 염료 레이크는 수용성의 산성 염료에 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 지르코늄(Zr)염과 같은 금속염으로 침전 또는 체질안료에 흡착시켜 물에 녹지 않게 만든 것이다. 레이크 안료와 염료 레이크의 사용에 엄밀한 구별은 없으며, 일반적으로 레이크는 안료에 비해 내산, 내알칼리성이 떨어져 중성에서도 약간씩 물에 용출되는 성질이 있으므로 충분한 안정성 시험이 필요하다. 색상의 화려함이 무기안료와 유기 안료의 중간 정도되며 일반적으로 레이크와 안료를 구별하지 않고 안료라 총칭하기도 한다. 립스틱, 블러셔, 네일 에나멜 등에 안료와 함께 사용한다. 레이크는 산, 알칼리에 약하며 중성에서도 물에 조금씩 녹는 경우가 있으므로 사용 전에 충분한 안정성 검토가 필요하다.

3) 유기안료(Organic Pigment) : 유기안료는 구조 내에 가용성기를 갖지 않고 물, 기름 등의 용제에 용해하지 않는 유색 분말을 말한다. 일반적으로 레이크에 비해 착색력, 내광성이 뛰어나 립스틱, 블러셔 등의 색조 제품에 널리 쓰인다. 색상이 화려한 반면 빛, 산, 알칼리에 약하다. 주로 석유에서 합성한 것으로, 인위적으로 합성을 할 수 있으므로 대량 생산이 가능하고 여러 번의 정제 과정을 거쳐 높은 순도의 색재를 제조할 수 있어 선명한 색조를 만들어 낼 수 있다.

2. 무기 안료(Inorganic Pigment) : 천연에서 산출되는 광물에서 얻은 안료이며, 광물성 안료라 불리기도 한다. 과거에는 천연에서 생산되는 광물을 사용했으나 불순물의 함유량이 많아 색소가 선명하지 않고 품질이 떨어지게 됨으로써 최근에는 합성에 의한 무기 화합물을 주로 사용하고 있다. 무기안료의 선명도는 유기안료에 비해 떨어지지만, 내광·내열성이 양호하며 유기 용매에 용해되지 않는다. 

1) 백색안료(White Pigment) : 화장품을 하얗게 나타낼 목적으로 사용하며 커버력을 결정하는 안료로 이산화티탄(Titanium Dioxide, TiO2)과 산화아연(Zinc Oxide, ZnO)의 두 종류가 있다.\

- 이산화티탄(Titanium Dioxide, TiO2) : 백색의 미세한 분말로 굴절률이 높으며 입자경이 작기 때문에 백색도, 은폐력, 착색력 등의 광학적 성질이 우수하고 빛, 열, 내약품성도 우수한 대표적인 백색안료이다. 황산법, 염소법, 기상법 등 제조 방법에 따라 이산화티탄의 성질이 달라진다. 화장품에서는 백분류, 파운데이션류, 립스틱, 네일 에나멜 등의 메이크업 제품에 널리 사용되고 있다. 이산화티탄의 종류는 아나타제(Anatase)형과 루타일(Rutile)형, 초미립자형 등이 있다. 화장품에서는 루타일(Rutile)형을 사용하는 경우가 많다. 최근에는 초미립자 이산화티탄이 개발되어 자외선 차단용 화장품들에 많이 사용되고 있다. 초미립자 이산화티탄은 분산성이 우수하기 때문에 안료용 이산화티탄과는 다른 성질을 나타낸다. 1차입자의 평균입경이 0.015~0.05μm이며, 가시광선 파장의 1/10 정도(30~50nm)로 작기 때문에 착색력이나 피복력이 적은 반면 색상의 변화 없이 제품의 특성 개선이 가능하다. 또한 투명성이 우수하고 400nm 이하의 파장을 흡수하여 자외선을 효과적으로 차단할 수 있다.

- 산화아연(Zinc Oxide, ZnO) : 건식법(아연 금속을 가열하고 아연 증기에 공기를 접촉시켜 백황색의 불꽃을 발하여 연무상의 산화아연을 냉각 포접하여 얻는 방법), 습식법(가용성 아연 용액에 소다회 용액을 가하여 염기성 탄산아연을 침전시키고 물 세척, 여과, 건조의 과정을 거친 후 가수분해함으로써 미세한 표면적이 큰 산화아연을 얻는 방법)이 있다. 자외선 방어 효과가 있으며, 입자경은 500nm 전후이고 이산화티탄보다는 굴절률과 은폐력이 작지만 내광성·내후성·내열성이 높아 거의 모든 안료와 병용하여 사용할 수 있다. 특히 피복력이 우수하기 때문에 메이크업 제품에 널리 사용되어지고 있으며, 수렴성과 소염작용도 있어 칼라민(Calamine) 로션에도 사용된다. 그러나 지방산을 함유하는 유성기제에 배합하면 경시적으로 서서히 반응하여 금속비누를 형성하므로 주의를 요구한다. 

2) 착색안료(Coloring Pigment) : 화장품에 색상을 부여하여 색조를 조정해주는 역할을 하며 백색안료와 함께 커버력을 높이기도 한다. 산화철은 천연에서 생성되는 것을 분쇄, 소성시켜 제조되기도 하지만 불순물 등의 문제로 현재는 황산철이나
염화철을 원료로 하여 습식 합성법으로 제조하여 사용한다. 

- 산화철 안료(Iron Oxide) : 산화철 안료는 인도 벵갈 지방에서 수입되어 붙여진 삼이산화철의 적철광 벤가라와 유산 제1철(FeSO₄)을 원료로 하여 소성 조건의 차이에 의해서 황색, 적색, 흑색의 산화철로 나누어진다. 현재 황산철이나 염화철을 원료로 하여 습식 합성법에 의해 제조된다. 내광성, 내열성, 내약품성이 좋아 메이크업 제품에 널리 이용되지만 유성기제에는 경시적으로 산패를 촉진하는 촉매로 작용하는 결점이 있다. 

- 군청(Ultramarine) : 선명한 청색의 안료로 정확한 분자 구조는 밝혀져 있지 않으며, 다만 군청의 발색이 구조 내 산화수가
다른 몇 종의 활과 공존하여 그 사이의 공명으로 인한 것이라 추측하고 있다. 카올린, 규조토, 유황, 소다회 및 석탄, 목탄 같은 환원제를 혼합 소성하고 분쇄, 분급하여 제조한 것으로 혼합 비율이나 소성 조건, 분쇄, 분급에 따라 안료의 성질이 다르다.

3) 체질안료(Extender Pigment) : 체질안료는 마이카, 탈크, 카올린은 점토 광물을 분쇄하고 입자의 크기나 형태, 두께 등을 고려하여 사용한다. 점토 광물은 층상 구조를 취하고 대부분 규소, 알루미늄을 주체로 마그네슘, 철, 알칼리 금속(리튬, 나트륨, 칼륨) 등을 함유한 수산화 규산염 광물이다. 체질안료는 희석제로써 색조를 조정함과 동시에 제품의 사용감촉이나 광택 등을 조정할 뿐만 아니라 제품의 제형을 유지하기 위해서도 사용된다. 대표적인 체질안료로는 마이카, 탈크, 카올린과 같은 점토 광물과 함수 규산염 화합물이 있다. 

- 마이카(Mica) : 마이카는 칼륨 운모에 속하는 백운모가 대표적으로 화학식으로 천연에서 생성되는 함수규산알루미늄칼륨[K2Al4(SieAl2)O20(OH)4]이다. 운모의 결정은 단사정계에 속하고 담황색 또는 녹색의 육각판상을 이루어 생성된다. 견운모(세리사이트)라고도 알려져 있지만 원래 백운모와 동일하여 미세한 결정편의 집합으로 되어 건조물의 표면이 비단 광택을 나타내기 때문에 붙여진 명칭이다. 운모는 박편상 입자로 탄성이 풍부하기 때문에 사용감이 좋고 피부에 대한 부착성이 좋으며, 퍼짐성, 윤기, 감촉, 투명성을 부여할 목적으로 각종 메이크업 제품에 많이 사용된다.

- 탈크(Talc, Talcum) : 탈크는 활석을 미분쇄한 것으로 수산화 규산 마그네슘 [Mg3·Si4·O10(OH)2]으로 조성되어 있다. 매끄러운 감촉이 풍부하기 때문에 활석이라고도 불리며 양질의 것은 백색이지만, 불순한 것은 회색이나 담녹색을 나타낸다. 사용감을 부여하여 오래전부터 유아용 파우더의 주성분으로 사용되어 왔으며 파우더, 아이섀도 등의 파우더 형태 메이크업 제품의 40~60%를 차지하는 주요 원료이다. 입자 형상은 일반적으로 박편상(얇은 여러 겹의 판자를 쌓아놓은 형태)이며 매끄러움을 좋게 하기 위해 사용하고 적당한 커버력도 부여한다. 탈크는 빛을 굴절시키지 않고 투과시켜 버리기 때문에
기미나 주근깨 등의 피부 결점을 은폐하는 기능은 적지만 피부에 자연스러운 광택과 투명감을 부여하는 장점이 있다. 비교적 원료비가 경제적이고 성형성이 우수하다.

- 카올린(Kaolin) : 카올린이라는 명칭은 고대 중국에서 도자기 원료로 이용한 순도 높은 백색 점토를 고령(Kauling)이라는 지방에서 채취했기 때문에 붙여졌으며, 이러한 이유로 영국에서는 카올린을 차이나 클레이라고도 부른다.  천연에서 생산되는 수산화 규산 알루미늄[Al2Si2O5(OH)4]으로 화강암의 얇은 조각이 쌓여 풍화를 일으키면서 탄산가스를 흡수하여 변화한 것이다. 결정도가 높은 것은 규칙성의 육각판상을 나타내지만, 결정도가 낮은 것은 미세한 부정판상을 이룬다. 판상 입자의 두께가 얇기 때문에 피부 부착성이 좋으며, 유분이나 수분의 흡수성이 좋기 때문에 메이크업 제품에 사용된다.

- 세리사이트(Sericite) : 운모(Mica)의 일종이지만 마이카보다 비단과 같은 광택이 약간 있어 ‘견운모’라 불리기도 한다.  마이카에 비해 분체에 두께가 있고, 피부에 도포할 때 퍼짐성이 좋고 매끄러운 사용감촉을 지닌다. 메이크업 제품에 많이 사용되며, 특히 투웨이 케이크나 파운데이션 등에 많이 배합된다. 

- 무수규산(Silicic Anhydride) : 평균 입경 5~10μm의 구상입자로 개발되어 있다. 메이크업 제품의 퍼짐성과 프레스 제품의 압축성 형성 향상, 깔끔한 마무리 감촉을 부여할 목적으로 사용된다.

3. 천연색소(Natural Pigments) : 천연색소는 자연계에 널리 존재하는 동·식물로부터 유래된 것과 미생물로부터 유래된 것이 있다. 예로부터 화장품의 일부로 사용되어 왔으나, 합성 색소에 비해 내광성, 내열성 및 내약품성이 결여되어 경시변화를 일으키고 색소에 따라서는 안정적인 공급이 어렵고 가격이 높기 때문에 유기합성 색소가 사용되면서 거의 사용하지 않게 되었다. 중남미지역의 선인장에 기생하는 연지벌레에서 추출한 적색 색소인 코치닐, 당근에서 처음 추출되었던 황색 색소인 베타 카로틴, 검은색의 식물 색소인 안토시아닌 등이 있다.

4. 진주광택안료(Pearlescent Pigment) : 피착색물에 진주 광택이나 홍채색 또는 메탈릭감을 부여하여 질감을 변화시키기 위해 특수한 광학적 효과를 갖는 안료이다. 천연의 펄 에센스는 매우 고가였으며, 초기 합성 진주광택안료는 수은과 납 화합물이었기에 사용에 제한을 받았으며 이후 옥시 염화 비스머스가 개발되었지만 안정성이 나빴다. 1965년 프랑스 듀퐁사에 의해 획기적인 이산화티탄 피복운모가 개발되어 현재는 이 원료가 대부분의 진주광택안료로 사용되고 있다. *이산화티탄 피복운모(운모티탄) : 운모를 박편상 입자로 한 후 그 표면에 이산화티탄 균일층을 입힌 것으로 박편상의 입자가 피착색물 중에서 규칙적으로 평행하게 배열하여 광을 반사시켜 반사광이 간섭을 일으키게 됨으로써 진주 광택을 부여한다.

5. 기타 안료(고분자 분체) : 초기에는 부정형의 입자가 이용되었지만 고분자 중합 기술의 진보에 따라 구상 입자 제조가 가능해졌다. 고분자 분체에서 주의할 점은 기름이나 용제에 용해하거나 팽윤할 가능성을 파악하고 잔존 단량체의 함량이나
약제 등의 성분 수착 여부를 확인해야 한다는 것이다.  메이크업 제품에서 사용감 조정 등의 목적으로 널리 사용한다.

5. 기타 안료( 기능성 안료) : 메이크업 제품은 사용되고 있는 안료들의 고유 사용감과 특징들에 의해 많은 영향을 받는 제품으로 사용감 개선이나 기능 개선에 많은 제한을 받아왔다. 그러나 최근에는 안료들의 고유한 특성들을 개선하여
보다 다양한 기능성 안료들이 개발되고 있다. 헥사고날 보론 나이트라이드는 탈크와 이산화티탄의 단점을 보완하여 사용감을 개선시켰으며, 하이브리드 파인 파우더(Hybridfine Powder)는 이산화티탄과 구상분체의 장점을 복합화한 안료로 은폐력과 매끄러운 사용감을 모두 가진다. 또한 빛의 강도에 따라 명도로 대응하는 이산화티탄계 안료도 개발되었다. 포토크로믹 안료(Photocromic Powder)는 이산화티탄에 소량의 금속 산화물을 복합화시켜 빛에 의해 색이 가역적으로 변하므로 보다 자연스러운 메이크업이 가능하도록 도와줄 수 있는 기능을 가진 안료이다. 그 밖에도 사용감이 좋은 탈크와 은폐력이 높은 이산화티탄의 장점을 취해 만든 육발 정질화 질화붕소가 매끄러운 감촉이 우수하고 고온에서도 안정하여 사용되고 있다. 천연 금운모의 OH를 F로 치환한 합성 불소 금운모가 있다.