화장품의 제형화 기술

표면과 계면

물질(기체, 액체, 고체) 세 가지 상은 물질의 분자들이 서로 끌어당기는 인력의 결과로 존재한다. 일정 공간 내에 많은 분자들이 존재하면 액체나 고체 상태를 유지하며 일정 공간 내에 적은 수의 분자들이 존재하면 기체가 된다. 물리적 상태가 다른 물질들이나 또는 같은 물리적 상태라도 화학적 성질이 다른 물질들이 서로 접촉하게 되었을 때 그 접촉면을 ‘계면’이라고 한다. 일반적으로 기체 또는 진공과 경계면을 이루는 액체나 고체의 경우는 그 경계면을 ‘표면’이라고 하며, 넓은 의미로 표면도 계면의 일부라고 본다. * 계면 : 기체와 액체, 액체와 액체, 액체와 고체가 서로 맞닿은 경계면

계면활성제의 구조와 기능 및 특성

1. 계면활성제(Surface Active Agent, Surfactant) : 계면의 경계에 흡착하여 그 계면의 성질을 현저히 변화시키는 물질로서 계면이 가지고 있는 표면장력을 약하게 한다. 물에 녹기 쉬운 친수성 성분과 기름에 녹기 쉬운 친유성 부분을 동시에 가지고 있는 화합물이다. 수상과 유상 모두 친화성을 가지는 특성 때문에 기름과 물이
함께 들어있는 상태에서 계면활성제를 첨가시키면 기름과 물의 경계면에서 친수성기는 물과 접촉되고 친유성기는 기름에 접촉되어 두 물질의 반발력을 감소시켜 안정된 상태를 만들어 준다. 비누나 세제와 같은 세정 용도로 많이 사용되고 있으며, 유화, 가용화, 분산, 습윤, 대전방지 등의 다양한 기능을 가지게 되어 식품과 화장품에서도 많이 사용되고 있다. *계면활성제 구조 : 소수성(친유기), 친수기

2. HLB(Hydrophile Lipophile Balance) : 계면활성제가 가지고 있는 친수성기와 친유성기의 비율을 수치화하여 그 성질이 친수성인가 친유성인가를 나타내는 상대적 세기이다. 계면활성제의 HLB값이 크면 친수성이 크고 수상에 우선적으로 용해되며 계면활성제의 HLB값이 적으면 친유성이 크고 유상에 우선적으로 용해된다.

HLB에 따른 계면활성제의 주요 용도( 1~4 소포제, 3~6 W/O 유화제, 7~9 습윤제, 8~18 O/W 유화제, 13~15 세정제, 15~18 가용화제)

3. 미셀(Micelle) : 계면활성제는 물속에 용해될 때, 그 농도에 따라 계면활성제 분자의 배열상태가 변하게 된다. 계면활성제 분자들이 농도가 낮은 수용액에서는 단분자(Monomer)의 형태로 자유롭게 존재하다가 계면활성제의 농도가 높아짐에 따라 계면활성제 분자들끼리의 자발적인 회합이 일어나서 미셀(Micelle)을 형성하게 되며 이러한 현상을 미셀화(Micellization)라고 한다. * 임계미셀농도(CMC: Critical Micelle Concentration) : 미셀이 막형성을 시작할 때의 계면활성제의 농도이다. 계면활성제는 CMC에서부터 계면활성제로서의 성질을 지니며, 이 농도 이하에서는 계면활성제의 능력이 떨어진다. 미셀은 단순한 소형 미셀, 구상미셀, 봉상 미셀, 층상 미셀 등 여러 가지 형태가 있으며, 이는 계면활성제 형태나 농도 외에 다른 각종 조건에 따라 변한다.

가용화, 유화, 분산

1. 가용화 :물에 녹지 않는 소량의 유성성분을 계면활성제의 미셀 형성 작용을 이용하여 투명한 상태로 용해시키는 것이다. 물에 녹지 않는 물질이 미셀에 흡착되거나 미셀 중에 스며들어가는 현상이다. 이때 미셀의 크기는 가시광선의 파장 (400~800nm) 보다 작아서 빛을 그대로 투과시키므로 투명한 상태로 보인다. 가용화에는 CMC 이상의 계면활성제 농도가 필요하게 된다. 가용화 현상을 이용한 화장품은 스킨 토너, 에센스, 헤어토닉, 향수류와 같이 수용액에 유성성분을 용해시키는 경우가 대표적이며 립스틱과 같이 유성성분 베이스에 수용성 성분을 첨가하는 경우도 있다.

2. 유화 : 유화기술은 하나의 액체에 상호 혼합되지 않는 두 액체의 한쪽이 작은 방울로 되어서 미세한 입자의 상태로 균일하게 분산시키는 것이다. 많은 양의 유성성분을 물에 균일하게 혼합하는 기술이다. 유화 입자의 크기는 가시광선보다 커서 빛을 통과시키지 못하고 산란시키기 때문에 유화 제품은 뿌옇게 우유처럼 백탁화되어 보인다. 이렇게 해서 생성된 분산계를 에멀션(유제, 유탁액, Emulsion)이라고 하며 이때 사용된 계면활성제를 유화제라고 부른다. 화장품에서 유화를 이용한 경우 화장품에서는 크림이나 로션류의 기초화장품은 물론이고 색조화장품에서도 유화를 이용한 경우가 비교적 많다. 유화를 사용하게 되면 유성 원료와 비유성 원료를 비교적 간단하게 혼합할 수 있으며, 단독으로 사용할 수 있는 유지류와는 다른 형태의 사용감과 외관을 나타낼 수 있어 상품 가치도 높아질 뿐만 아니라 기능면에서도 유지류 단독으로 얻을 수 없는 피부의 보호 작용을 부여할 수도 있기 때문이다.

3. 분산 : 분산계는 기체, 액체, 고체 등의 하나의 상에 다른 상이 미세한 상태로 분산되어 있는 것이다. 화장품의 경우 거의 모든 제품이 일종의 분산계의 상태이다. 액체-액체 분산계가 아닌 고체-액체 분산계인 ‘현탁(Suspension)’에 대해서만 다루기로 한다. * 고체-액체 분산계 : 안료 등의 고체입자를 액체 속에 균일하게 혼합시키는 것이다. 파운데이션, 메이크업 베이스, 크림 마스카라, 아이라이너, 립스틱, 네일 에나멜 등과 같이 색조 화장품의 대부분이 여기에 속한다. 색조 화장품은 피부 또는 손톱에 색상을 부여하기 위한 성분으로 고체 상태인 안료가 이용되며, 안료들은 각각의 목적에 따라 여러 가지 분산매 중에서 볼 밀(Ball Mill), 콜로이드 밀(Colloid Mill), 롤러 밀(Roller Mill), 프로펠러식 교반기 등의 기계적인 힘에 의해 혼합, 분쇄, 분산 등이 실행되고 있다. 안료를 각각 분산매 중에 얼마나 쉽고 균일한 상태로 분산시킬 수 있는가의 여부는 제조상의 문제뿐만 아니라 상품 가치를 좌우하는 중요한 문제이다.