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문제 정의
- 본 연구는 다상 에멀젼의 안정화에 영향을 미치는 여러 변수 중 삼투 현상에 주목하여다상 에멀젼내 삼투 현상의 관찰과 보습제에 의한 삼투압 감소 효과에 대해 밝혀 보고자한다.
제안 방법
- Primary emulsion 은 Mineral Oil 20%, Methyl glucose oleate 5%, 전해 질(NaCl, MgSO47H2O) 적량을 사용하여 상온 제조하였으며, 다상 에멀젼은 Polysorbate 20 5%, Primary emulsion 30%를 Homo Mixer 를 이용하여 상온 제조하였다. 그리고 외상 증점제로 Hydroxyethylcellulose 를 사용하였다.
- Primary emusion 제조에 사용되는 전해질 중 1 가 이온 (NaCl) 과 2 가 이온 (MgSO4.7H2O)이 다상 에멀젼의 안정성에 미치는 영향에 대해 알아 보기 위해 다상 에멀젼의 내상에 NaCl 과 MgSO47H2O (Showa, FW 246.5, 일본)를 동일 함량 농도 2%를 투입 하여 유화 안정성 변화를 관찰하였으며, 또한 NaCl 을 MgSO47H2O 와 동일 mole 농도인 0.475% 투입하여 에멀젼 제조 후 각 시료의 유화 안정성 변화를 현미경과 Conductivity meter(HANNA instruments HI8633)로 관찰하였다.
- 다상 에멀젼에서 삼투 현상의 관찰과 에멀젼에 미치는 영향을 알아보기 위해 Primary emulsion 의 내부 수상에 NaCl (Showa, FW 58.44, 일본)을 2.0% 투입 하고 외부 수상에 NaCl 을 각각 0.0%, 1.0%, 1.6%을 투입 제조 하였으며, 샘플 G 의 경우 내부 수상에 NaCl 0.0%, 외부 수상에 NaCl 1.0%를 투입하여 다상 에멀젼을 제조한 다음 각 제조 시료의 유화 안정성 변화를 현미경과 Conductivity meter(HANNAinstruments HI8633)로 관찰하였다.
- 에멀젼 제조에 사용된 시 약은 모두 화장품 등급을 이용하였다. 전기 전도도 결과는 실험 직후부터 2 시간 동안 측정하였으며, 유화입자의 안정성은 실험직후, 3 시간 후, 6 시간 후, 1 일, 2 일, 3 일, 4 일, 5 일, 6 일, 7 일 후 유화 입자를 관찰하였다.
- 제조된 다상 에멀젼에서 외부 수상에 투입된 보습제에 따른 내상으로의 삼투압 감소효과를 알아보기 위해 다상 에멀젼의 내부 수상 전해질인 NaCl 의 함량은 2.0%로 고정하고 외부 수상에는 일반적으로 보습제로 화장품에 많이 적용되고 있는 Betaine, Trehalose, Butylene glycol 외에 Glucose 를 각각 5.0% 투입 제조한 다음 각 제조 시료의 유화 안정성변화를 현미경과 Conductivity meter(HANNA instruments HI8633)5. 관찰하였다.
대상 데이터
- Homo Mixer 를 이용하여 상온 제조하였다. 그리고 외상 증점제로 Hydroxyethylcellulose 를 사용하였다. 에멀젼 제조에 사용된 시 약은 모두 화장품 등급을 이용하였다.
- 베타인(Fin sugar, 미국)과 트레할로스(Ichimaru, 일본), 부칠렌글리콜(DaicelI, 일본) 은 화장품 등급을 사용하였으며 글루코스(Sigma, 미국)는 시약 등급을 사용하였다.
성능/효과
- 전기 전도도가 증가하여 7 일 후 O/W 상태로 존재하게 된다.(사진 1) 시료 A는 내부 삼투압이 외부보다 높은 상태로 다상 에멀젼 입자가 안정하였다, 이는 내외부간 삼투압 차가 적고 이에 따른 계면활성제 및 NaCl 의 이동량이 적어 안정성이 증가되었음을알 수 있었다.(사진 2) 시료 B는 내외부 삼투압이 동일한 상태로 외부 NaCl 양이 많음에 따라 초기 전도도 전체 수치가 높고 내부 NaCl 의 점차적인 방출에 의해 전도도 값이 증가되었으나 다상 에멀젼 입자는 시간이 지남에 따라 붕괴되었다.
- (사진 1) 시료 A는 내부 삼투압이 외부보다 높은 상태로 다상 에멀젼 입자가 안정하였다, 이는 내외부간 삼투압 차가 적고 이에 따른 계면활성제 및 NaCl 의 이동량이 적어 안정성이 증가되었음을알 수 있었다.(사진 2) 시료 B는 내외부 삼투압이 동일한 상태로 외부 NaCl 양이 많음에 따라 초기 전도도 전체 수치가 높고 내부 NaCl 의 점차적인 방출에 의해 전도도 값이 증가되었으나 다상 에멀젼 입자는 시간이 지남에 따라 붕괴되었다.(사진 3) 시료 G는 외부로의 삼투압만 존재하기 때문에 전도도 값의 변화가 없고, 입자는 제조 시부터 내부 입자가 삼투 현상에 의해 외부로 모두 방출되어 0/W 상태로 존재하였다.
- (사진 2) 시료 B는 내외부 삼투압이 동일한 상태로 외부 NaCl 양이 많음에 따라 초기 전도도 전체 수치가 높고 내부 NaCl 의 점차적인 방출에 의해 전도도 값이 증가되었으나 다상 에멀젼 입자는 시간이 지남에 따라 붕괴되었다.(사진 3) 시료 G는 외부로의 삼투압만 존재하기 때문에 전도도 값의 변화가 없고, 입자는 제조 시부터 내부 입자가 삼투 현상에 의해 외부로 모두 방출되어 0/W 상태로 존재하였다.(사진 4)
- 그러나 이에 따른 부작용으로 내상에 염이 존재하면 외상에서 내상으로의 삼투압이 형성되게 된다. 따라서 삼투압의 균형은 다상 에멀젼의 초기 수시간동안의 안정화에 중요하며, 삼투압 균형에 있어 내상이 외상보다 높은 것이 안정성이 높다는 것을 실험으로 확인하였으며, 본 연구 결과 삼투압을 감소시키는 방법으로 외부 수상에 NaCl 같은 전해질이나 베타인, 글루코스와 같은 삼투 효과가 있는 단당류 보습 성분의 투입이 필요하다. 특히, 베타인과 글루코스는 우수한 삼투압 감소 효과가 있었으며 이에 따른 다상 에멀젼의 입자 안정성 증가도 확인할 수 있었다.
- 또한 내부 수상에 사용한 전해질 중에서 NaCl 이 MgSO4 보다 내부 W/O 상의 지속력 및 W/O/W 다상의 입자 안정성 면에서 우수하였다. 이는 NaCl 이 MgSO4 보다 물에 대한 용해도와 삼투압 자체가 크고 2 가 이온에 비해 다상 에멀젼 형성시 주요 계면활성제에 미치는 영향이 적어 안정성이 증가된 것으로 판단된다.
- 상기 실험 결과, 다상 에멀젼의 안정성 을 높이려면 외상에 NaCl 을 투입하여 삼투압 차이를 줄이고 내부 삼투압을 외부 보다 높여야 하며 그리고 내상에 전해질이 없으면 삼투 현상으로 내부 수상이 외부로 모두 방출되어 다중 에멀젼이 형성되지 않음을 확인하였다.
- 시료 H는 MgSO4 의 외부로의 방출 속도는 느리나 다상 에멀젼 입자는 불안정 하였으며 (사진 8) 시료 I는 NaCl 의 외부로의 방출 속도는 다소 빠르나 다상 에멀젼 입자는 안정한 결과를 얻었다.(사진9)
- 따라서 삼투압의 균형은 다상 에멀젼의 초기 수시간동안의 안정화에 중요하며, 삼투압 균형에 있어 내상이 외상보다 높은 것이 안정성이 높다는 것을 실험으로 확인하였으며, 본 연구 결과 삼투압을 감소시키는 방법으로 외부 수상에 NaCl 같은 전해질이나 베타인, 글루코스와 같은 삼투 효과가 있는 단당류 보습 성분의 투입이 필요하다. 특히, 베타인과 글루코스는 우수한 삼투압 감소 효과가 있었으며 이에 따른 다상 에멀젼의 입자 안정성 증가도 확인할 수 있었다.
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