[논문]고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐의 침강에 미치는 영향

김동주; 김정아; 경기열; 윤명석

[국내논문] 고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐의 침강에 미치는 영향
Effect of Rheological Properties on the Sedimentation of Capsules in an Aqueous Polymer Solution 원문보기

大韓化粧品學會誌 = Journal of the society of cosmetic scientists of Korea, v.31 no.1 = no.49, 2005년, pp.85 - 89

김동주 ((주)LG 생활건강 기술연구원 화장품연구소) , 김정아 ((주)LG 생활건강 기술연구원 화장품연구소) , 경기열 ((주)LG 생활건강 기술연구원 화장품연구소) , 윤명석 ((주)LG 생활건강 기술연구원 화장품연구소)

초록
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본 연구에서는 캡슐을 함유하는 저점도 고분자 수용액에서 캡슐의 침강과 고분자 수용액의 레올러지 특성간의 상관관계를 살펴보고자 했다. 고분자 수용액의 레올러지 특성은 carbomer (이하 C), acylate/C10-30 alkyl acylate crosspolymer (이하 AC), ammonium acryloyldimethyltautate/VP copolymer (이하 AV) 3종류의 고분자로 조절했으며 실험결과 고분자 C는 가장 적은 함량으로 높은 점증효과를 보였고 고분자 AV는 함량이 $0.35 wt\%$이상인 경우 같은 점도에서 고분자 C보다 높은 항복응력 값을 가졌다. 저점도 고분자 수용액에 대한 실험 결과 점도와 항복응력이 높을수록 캡슐의 침강비가 낮아지는 것으로 나타났다. 또한 shear stress 0.1${\~}$2.0 Pa 범위에서의 점탄성 결과를 분석한 결과 점탄성 역시 높은 값을 가지면 캡슐의 침강비가 작아졌다. 이는 고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐의 침강비와 강한 상관관계를 가짐을 증명해주는 결과들이다. 고분자 C와 AV를 혼합 사용한 결과 단독 사용 시 보다 캡슐의 침강비가 작아져서 시너지 효과를 확인할 수 있었으며, 이 경우 고분자 수용액의 레올러지 특성과 캡슐의 침강비는 복잡한 상관관계를 나타내었다. 이는 고분자의 구조적인 특성과 고분자 간 상호작용에 의한 영향으로 추정된다.

Abstract ▼ AI-Helper

An aim of this study is to study the correlation between rheological properties and sedimentation of capsules in aqueous polymer solution with low viscosity. Rheological properties of aqueous polymer solutions were controlled by carbomer (C), acylate/C10-30 alkyl acylate crosspolymer (AC), and ammonium acryloyldimethyltaurate/VP copolymer (AV). Small amount of polymer C solution had the highest viscosity and yield stress of polymer AV solution was higher than that of polymer C solution in the same viscosity when the concentration of polymer AV exceeded $0.35 wt\%$. Each aqueous polymer solution was tested and the results showed that as viscosity and yield stress increased, the sedimentation ratio of capsules decreased. The viscoelasticity data also showed the same tendency in a shear stress range of 0.1 to 2.0 Pa. These results demonstrated that the rheological properties of polymer solutions had a strong correlation with the sedimentation of capsules. When polymer I and AV were used, there was a synergistic effect and the correlation between rheological properties and sedimentation of capsules was very complicated. It was assumed that the characteristics of polymer structure and interaction between polymers caused this phenomena.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 점도 가 약 2,000 cP인 저점도 고분자 수용액에 캡슐을 첨가한 경우 고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐 침강에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 레올러지 특성은 c, AC, AV 3종류의 고분자로 조절하였는데 C 고분자 수용액이 적은 함량으로 가장 큰 점증 효과를 보였지만 동일점도에서는 고분자 AV 함량 0.
이에 본 연구에서는 저점도 고분자 수용액에 캡슐을 넣어 캡슐의 침강에 고분자 수용액의 레올러지 특성이 어떠한 영향을 미치는지를 보고자 하였다.고 분자 수용액의 레올러지 특성은 점도, 항복 응력과 점탄성을 측정하여 평가하였고 원심분리 결과와 연관하여 어떠한 상관관계를 갖는지 고찰하였고 고분자 혼합 사용에 의한 시너지 효과를 검증하였다.

제안 방법

이에 본 연구에서는 저점도 고분자 수용액에 캡슐을 넣어 캡슐의 침강에 고분자 수용액의 레올러지 특성이 어떠한 영향을 미치는지를 보고자 하였다.고 분자 수용액의 레올러지 특성은 점도, 항복 응력과 점탄성을 측정하여 평가하였고 원심분리 결과와 연관하여 어떠한 상관관계를 갖는지 고찰하였고 고분자 혼합 사용에 의한 시너지 효과를 검증하였다.
다음으로 trisodium EDTA를 첨가한 고분자 수용액의 레올러지 특성과 캡슐의 침강비의 상관관계를 고찰하였다. 그 결과 점도와 항복응력이 클수록 캡슐이 적게 침강되는 경향을 나타내었고 특히 점도가 더 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다.
원심분리는 원심분리기 (Avanti J-25I, Beckman, Ger- many)로 1,000 G에서 10 min 간 실험한 후 침강된 캡슐의 개수를 총캡슐 개수로 나눈 값을 침강비로 정의하여 계산하였다.
위의 결과를 바탕으로 고분자의 혼합 사용이고분자 수용액의 레올러지 특성에 어떠한 영향을 미치며 레올러지 특성이 캡슐의 침강비와 어떤 상관관계를 갖는지 살펴보기 위해 캡슐의 침강비가 가장 작았던 고분자 C와 AV를 사용하여 혼합사용에 의한 시너지 효과를 검증하였다. 실험한 고분자 수용액은 고분자 C 함량이 0.
01 s-1에서 1,000 s-1까지 증가시키면서 측정된 점도 값을 Casson 식으로 분석하여 구하였다. 점탄성은 stress sweep test로 frequency가 1 Hz 일 때 shear stress를 0.01 Pa에서 100 Pa까지 증가시키면서 |G*| (complex modulus) 값을 측정하였다.

대상 데이터

사용한 고분자는 carbomer (이하 C), acylate/C₁₀-30 alkyl acylate crosspolymer (이하 AC), ammonium acry- loyldimethyltaurate/VP copolymer (이하 AV)으로, 고분자 C와 AC는 triethanolamine으로 동량 중화하였다. 캡슐을 넣은 고분자 수용액은 실제 제품과 유사한 레올러지 특성을 나타내도록 trisodium EDTA를 0.
위의 결과를 바탕으로 고분자의 혼합 사용이고분자 수용액의 레올러지 특성에 어떠한 영향을 미치며 레올러지 특성이 캡슐의 침강비와 어떤 상관관계를 갖는지 살펴보기 위해 캡슐의 침강비가 가장 작았던 고분자 C와 AV를 사용하여 혼합사용에 의한 시너지 효과를 검증하였다. 실험한 고분자 수용액은 고분자 C 함량이 0.16 wt%인 고분자 수용액(5), 고분자 AV 함량이 0.46 wt% 인 고분자 수용액(9)과 C 함량 0.12 wt%, AV 함량 0.12 wt%인 고분자 수용액(6)과 C 함량 0.08 wt%, AV 함량 0.24 wt%인 고분자 수용액(7), 마지막으로 C 함량0.04 wt%, AV 함량 0.32 wt%인 고분자 수용액⑻이다(Table 3).각 고분자 수용액의 점도 변화를 살펴보면 고분자 AV의 함량이 증가해도 고분자 C의 함량이 낮아지면.

이론/모형

항복응력과 점탄성은 rheometer로 plate & plate 센서를 사용하여 25℃에서 측정하였다 [6].항복 응력은 shear rate을 0.01 s-1에서 1,000 s-1까지 증가시키면서 측정된 점도 값을 Casson 식으로 분석하여 구하였다. 점탄성은 stress sweep test로 frequency가 1 Hz 일 때 shear stress를 0.

성능/효과

각 고분자의 함량에 따른 점도 경향을 보면 C 수용액의 경우에는 다른 고분자 수용액과 비교했을 때 적은 양으로도 점증효과가 뛰어남을 알 수 있다(Figure 1). AC 수용액은 AC 함량0.50 wt%일 때 점도 2, 600 cP로 다른 고분자 수용액에 비해 가장 낮은 점증효과를 나타내었다. AV 수용액의 경우에는 AV 함량 0.
99%로 계산되었다(Table 2).고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐의 침강비에 미치는 영향을 고찰하기 위해 3번 고분자 수용액을 1.00으로 가정했을 때, 점도 의 경우에는 1.05배 차이에 의해 캡슐의 침강비는 약 30~50%의 감소를 (1번, 4번 고분자 수용액), 1.20배 차이에 의해서는 약 55%의 감소를 보이고 있으며 (2번 고분자 수용액), 항복응력의 경우에는 1.40배 차이에 의해서 약 50%의 감소를 보이고 (4번 고분자 수용액), 1.50배 차이에 의해서는 약 30%의 감소를 (1번 고분자 수용액), 1.65배 차이에 의해서 는 약 55%의 감소를 보였다 (2번 고분자 수용액).이와 같은 결과를 종합하면 점도 의 경우 항복응력보다 작은 폭으로 변하는데 캡슐의 침강비가 크게 변함을 알 수 있으며 이는 캡슐의 침강비에 영향을 미치는 인자가 점도, 항복 응력 순서임을 의미한다.
다음으로 trisodium EDTA를 첨가한 고분자 수용액의 레올러지 특성과 캡슐의 침강비의 상관관계를 고찰하였다. 그 결과 점도와 항복응력이 클수록 캡슐이 적게 침강되는 경향을 나타내었고 특히 점도가 더 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 또한 1번과 4번 고분자 수용액의 레올러지 특성으로부터 점탄성이 캡슐의 침강비에 영향을 미치는 인자임을 확인하였다.
그 결과 점도와 항복응력이 클수록 캡슐이 적게 침강되는 경향을 나타내었고 특히 점도가 더 큰 영향을 주고 있음을 알 수 있었다. 또한 1번과 4번 고분자 수용액의 레올러지 특성으로부터 점탄성이 캡슐의 침강비에 영향을 미치는 인자임을 확인하였다. 즉 점도, 항복 응력, 점탄성으로 대표되는 고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐의 침강과 강한 상관관계에 있다는 결론을 내릴 수 있다.
점도, 항 복 응력, 침강비와 점탄성 결과를 종합해서 살펴보면, 고분 자 수용액의 레올러지 경향은 점도와 점탄성의 경우 일 치하나 항복응력은 7번과 9번 고분자 수용액의 경향이 반대임을 알 수 있다(Figure 6). 또한 고분자 수용액의 레올러지 경향과 캡슐의 침강비 경향을 대조해 보면 복잡한 상관관계를 보이고 있다. 이는 캡슐의 침강비가 레올러지 특성의 영향을 받지만 시너지 효과에 관여하는 다른 인자가 있음을 보여주는 결과이다.
본 연구에서는 점도 가 약 2,000 cP인 저점도 고분자 수용액에 캡슐을 첨가한 경우 고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐 침강에 미치는 영향에 대해 고찰하였다. 레올러지 특성은 c, AC, AV 3종류의 고분자로 조절하였는데 C 고분자 수용액이 적은 함량으로 가장 큰 점증 효과를 보였지만 동일점도에서는 고분자 AV 함량 0.35 wt% 이상인 경우에 AV 고분자 수용액이 C 고분자 수용액보다 더 큰 항복응력값을 가졌다. AC 고분자 수용액은 가장 낮은 점증효과와 항복응력 값을 가졌는데 이러한 특성은 고분자의 수용액 내에서 형성된 network 구조의 차이에 의해 나타나는 것으로 추정된다.
앞의 실험 결과를 바탕으로 고분자 C와 ”를 혼합 사용한 결과 단독 사용한 경우보다 캡슐의 침강비가 더 낮거나 비슷한 결과를 얻어 시너지 효과를 확인하였고 이는 고분자 간 상호작용에 의한 영향으로 추정된다.
00 Pa 정도 작은 값을 보인다(Figure 3).원심분리 실험을 통해 침강비를 구한 결과 1번 고분자 수용액은 56.50%, 2번 고분자 수용액은 35.50%, 3번 고분자 수용액은 78.16%, 4번 고분자 수용액은 39.99%로 계산되었다(Table 2).고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐의 침강비에 미치는 영향을 고찰하기 위해 3번 고분자 수용액을 1.
65배 차이에 의해서 는 약 55%의 감소를 보였다 (2번 고분자 수용액).이와 같은 결과를 종합하면 점도 의 경우 항복응력보다 작은 폭으로 변하는데 캡슐의 침강비가 크게 변함을 알 수 있으며 이는 캡슐의 침강비에 영향을 미치는 인자가 점도, 항복 응력 순서임을 의미한다. 또한 1번과 4번 고분자 수용액을 비교해보면 점도는 같고 항복응력은 1번 고분자 수용액이.
즉, 고분자 C와 AV를 혼합 사용함으로써 시너지 효과가 나타나고 있다. 점도, 항 복 응력, 침강비와 점탄성 결과를 종합해서 살펴보면, 고분 자 수용액의 레올러지 경향은 점도와 점탄성의 경우 일 치하나 항복응력은 7번과 9번 고분자 수용액의 경향이 반대임을 알 수 있다(Figure 6). 또한 고분자 수용액의 레올러지 경향과 캡슐의 침강비 경향을 대조해 보면 복잡한 상관관계를 보이고 있다.
또한 1번과 4번 고분자 수용액의 레올러지 특성으로부터 점탄성이 캡슐의 침강비에 영향을 미치는 인자임을 확인하였다. 즉 점도, 항복 응력, 점탄성으로 대표되는 고분자 수용액의 레올러지 특성이 캡슐의 침강과 강한 상관관계에 있다는 결론을 내릴 수 있다.

참고문헌 (6)

C. I. Park, W. G. Cho, and S. J. Lee, Emulsion stability of cosmetic creams (based on water-in-oil high internal phase emulsions, Korea-Australia Rheology) J., 15(3), 125 (2003)
D. Miller, E. M. Wiener, A. Turowski, C. Thuning, and H. Hoffmann, O/W emulsions for cosmetics products stabilized by alkyl phosphates, Colloids and Surfaces A: Physicochem Eng. Aspects, 152 (1-2), 155 (1999)

상세보기
F. O. Opawale and. D. J. Burgess, Influence of interfacial properties of lipophilic surfactants on water-in-oil emulsion stability, J. Colloid and Interface Sci., 197, 142 (1998)

상세보기
W. Leung, Separation of dispersed suspension in rotating test tube, Separation and Purification Tech, 38(2), 99 (2004)

상세보기
M. Kuentz and D. Rothlisberger, Rapid assessment of sedimentation stability in dispersions using near infrared transmission measurements during centrifugation and oscillatory rheology, European J. Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 56, 355 (2003)

상세보기
C. W. Makosko, Rheology: principles, measurements, and applications, 109, New York: VCH (1993)

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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