[논문]고분자수용액상에서의 스클레로글루칸의 레올로지 특성

김도훈; 임형준; 오성근

doi:10.15230/scsk.2011.37.1.037

고분자수용액상에서의 스클레로글루칸의 레올로지 특성
Rheological Characterization of Aqueous Scleroglucan Systems for Cosmetics 원문보기

大韓化粧品學會誌 = Journal of the society of cosmetic scientists of Korea, v.37 no.1, 2011년, pp.37 - 42

김도훈 (아모레퍼시픽기술연구원) , 임형준 (한양대학교 화학공학과) , 오성근 (한양대학교 화학공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 수용액상에서 스클레로글루칸의 레올로지 성질을 0.1 ~ 2 wt.%의 농도에서 레오미터와 점도계를 이용하여 측정하였다. 스클레로글루칸 겔은 다양한 염과 pH에서 강한 점증력을 보이며, 식물성 스쿠알란을 함유한 고분자 분산계에서 스클레로글루칸은 강한 오일 분산성질을 보인다. 또한 스클레로글루칸과 로커스트빈검 혼합물의 시너지효과를 관찰하였으며, 스클레로글루칸과 로커스트빈검의 혼합비율이 5 : 5일 때 가장 높은 점증 효과를 나타냈다.이들 연구결과는 다양한 화장품 제형을 위한 점증제로써 스클레로글루칸의 가능성을 보여줄 것이다

Abstract ▼ AI-Helper

The rheological properties of the aqueous solution of scleroglucan industrially produced by Sclerotium rolfsii at concentrations ranging from 0.1 % to 2 % (w/w) were determined by using brookfield viscometer and rheometer. Gel matrices of scleroglucans were stable over a wide range of pH and ionic strength in the aqueous medium. In the oil dispersion with phytosqualane in oil phase and three kinds of thickening agent in aqueous phase, scleroglucan showed the highest dispersion properties. The synergistic effect between scleroglucan and locust bean gum was also examined. The highest viscosity was obtained for the solution mixture at scleroglucan/locust bean gum weight ratio of 5 : 5. The results of this study suggest the potential of scleroglucan as thickner for a wide variety of cosmetic formulations.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

하지만 최근 웰빙과 환경에 대한 관심이 높아지면서 소재의 안전성에 대한 중요성이 매우커지고 있기 때문에, 친환경 천연유래 고분자소재들이 크게 주목받고 있다. 그래서 본 연구에서는 다당류인 스클레로글루칸(scleroglucan)의 수용액상에서의 레올로지 거동 관찰을 통해 화장품 제형의 유화 안정화제 및 점증제로서의 가능성을 보여줄 것이다. 스클레로글루칸(scleroglucan)은 Scletium균으로부터 배양 생산된 천연고분자로써, 독성이 없으며, 피부에 적용했을 때 자극을 일으키지 않는 특징을 가지고 있다.
본 연구에서는 천연고분자인 스클레로글루칸(scleroglucan)의 수용액상에서의 레올로지 특성을 관찰하였다. 스클레로글루칸은 비이온성의 폴리사카라이드류로써 잔탄검과 비교하여 매우 우수한 농도증가별 점증력을 보여주며, 또한 외부 환경(염, pH)의 변화에도 점증력이 변하지 않는 특성을 보인다.

제안 방법

오일 분산계는 5wt.% 식물성 스쿠알란 오일(Croda, France)을 물에 혼합하여 70 ℃에서 유화기를 이용하여 5 min 동안 분산함으로써 만들었으며, 분산입자는 광학현미경으로 측정하였다. 수용액상에서의 스클레로글루칸(0.
이런 특징은 화장품제형에 적용 시 매우 중요한 요소가 된다. 또한 스클레로글루칸과 로커스트빈검 혼합계의 레올로지 연구를 통해 점증 시너지 효과를 관찰했으며, 이를 통해 스클로레글루칸의 물성을 개선하였다. 이 결과들은 화장품산업에서 O/W 에멸젼의 안정화 및 점도 조절제로써 천연고분자인 스클레로글루칸이 적용되는데 많이 이용될 것이다.
또한 스클레로글루칸의 수용액상과 에멀전 상에서의 레올로지 특성은 콘 어댑터(1°, 40mm)를 가진 레오미터(AR2000, TA, USA)로 측정하였으며, 오실레이션모드에서 주파수스윕(frequency sweep)은 0.62에서 200까지의 주파수 범위(rad/s)에서 0.59 (pa)의 응력에서 측정되어졌다.
% 식물성 스쿠알란 오일(Croda, France)을 물에 혼합하여 70 ℃에서 유화기를 이용하여 5 min 동안 분산함으로써 만들었으며, 분산입자는 광학현미경으로 측정하였다. 수용액상에서의 스클레로글루칸(0.2 %)의 표면장력은 표면장력계를 이용하여(kruss tensionmeter K12, Germany) 측정하였다. 스클레로글루칸과 로커스트검의 미세섬유 이미지는 TEM (transmission electron microscopy)를 이용하여 측정하였다.
59 (pa)의 응력에서 측정되어졌다. 스클레로글루칸(0.5 %)을 이용하여 고분자분산계를 만들었다. 오일 분산계는 5wt.
2 %)의 표면장력은 표면장력계를 이용하여(kruss tensionmeter K12, Germany) 측정하였다. 스클레로글루칸과 로커스트검의 미세섬유 이미지는 TEM (transmission electron microscopy)를 이용하여 측정하였다.
스클레로글루칸은 많은 장점을 가지고 있지만 초기 점도가 낮기 때문에 합성고분자에 비해 많은 양을 써야하는 단점이 있다. 이를 극복하고자 로커스트빈검(locust bean gum)을 혼합하여 점증 시너지 효과를 관찰하였다. 오래전부터 천연고분자 혼합계에 대한 연구는 많이 진행되어왔으며, 시너지 효과를 통해 천연고분자의 물성을 개선하였다[8].

대상 데이터

이 연구에 사용된 스클레로글루칸(scleroglucan, alban muller, France)은 Sclerotium rolfsii에 의해 생물학적으로 생산된 시료를 사용하였으며, 로커스트빈검(CPKelco, USA)은 일반적인 상업용 시료를 사용하였다. 스클레로글루칸의 농도별 점도는 회전점도계(brookfield viscometer DV-ⅡPro, 12 rpm, 2 min, spindle #3-4,25 ℃)를 이용하여 측정하였다.

성능/효과

분산된 오일입자는 고온(45 ℃)에서도 한 달간 안정함을 관찰하였다. 0.2 %의 스클레로글루칸 수용액의 표면장력측정을 통해 측정값이 60 mN/m로 계면에너지를 줄이는 효과가 있음을 확인하였으며, 이들 결과들은 스클레로글루칸이 분산안정화제로써 충분히 사용가능하다는 것을 보여준다.
pH 2 ∼ 8 사이와 NaCl이 1 %까지 함유되었을 때도 점도의 변화가 10 % 이하임을 보여주며, 이 결과는 스클레로글루칸이 다양한 외부환경에도 효과적으로 제형을 안정화 시킬 수 있음을 보여준다.
Figure 4A에서는 스클레로글루칸의 농도가 높아질수록 항복응력이 증가하는 것을 보여주며, 이것은 분산안정이 높아짐을 의미한다. 또한 농도가 0.5 %에서 1 %로 증가할 때의 항복응력의 증가율이 매우 높아짐을 알 수 있으며, 이것은 제형에 스클레로글루칸을 사용했을 때 최소 0.5 % 이상의 농도에서 안정제로써의 기능이 높아짐을 알 수 있다. 그리고 주파수가 증가할 때 저장탄성률 G'이 매우 빠르게 감소하는 현상을 보여주는데, 이것은 농도별로 관찰되며, 이런 전단 묽어짐(shear thnning)현상은 고분자 겔에 일정 이상의 에너지가 가해졌을 때 수용액의 고분자 구조가 힘에 의해 변하면서 점도가 떨어지는 현상이며, 스클레로글루칸의 고유한 특성이다.
스클레로글루칸 젤은 일정 에너지를 가했을 때 전단묽어짐 현상의 고유 물성을 가지고 있으며, 에멀전 안정화제로로도 충분한 기능을 발휘한다. 또한 스클레로글루칸과 로커스트빈검의 혼합계의 점증시너지 관찰을 통해 5 : 5의 비율로 혼합 시 스클레로글루칸 단독으로 사용했을 때보다 약 2.5배 이상의 점도 상승효과를 가져오는 것을 확인하였다. 이것은 수용액상에서 두 고분자 간 상호작용으로 나타나는 현상으로 저 농도에서의 낮은 점증력을 가지는 스클레로글루칸의 단점을 개선할 수 있을 것이며, 이들 결과는 향후 스클레로글루칸을 이용한 다양한 형태의 화장품 제형을 개발하는 데 이용될 것이다.
스클레로글루칸은 화장품산업에서 가장 많이 사용하고 있는 잔탄검(xanthan gum)과 비교를 해도 매우 좋은 점증능력을 보여주며 같은 농도 대비 약 2 ∼ 3배의 점증효과를 보여준다. 또한 합성 고분자인 카보폴(carbopol 981)과의 점증능력을 비교해보면 초기 1 % 이하의 농도에서는 카보폴의 점도와 비교해 많이 떨어지지만 1.2 % 이상의 농도에서는 카보폴보다 점증효과가 우수함을 나타낸다. 이것은 정전기적 반발에 의해 점증효과가 생기는 합성고분자(카보폴)는 농도함량에 비례하지만 천연고분자는 분자간 상호작용 현상에 의해 점증거동이 일어나기 때문에 일정농도 이상이 존재해야 하며, 저 농도에서는 점증효과가 잘 나타나지 않는 단점이 있다[6,7].
이들 이미지는 겔의 구조 변화로 인해 점증거동이 달라지는 현상을 보여주는 것이다. 로커스트빈검인 혼합되어 스클레로글루칸겔의 미세섬유 두께가 두꺼워질수록 점증력이 높아지는 결과를 보이며, 혼합비율이 무게비로 50 : 50일 때 점증시너지효과가 최대가 되는 것을 관찰하였다. 혼합된 두 고분자의 점증력은 저 농도에서 합성고분자인 카보폴 수준으로 변하게 되며, 천연고분자의 단점이 저 농도에서의 저 점도 현상을 극복할 수 있었다.
본 연구에서도 스클레로글루칸에 로커스트빈검이 혼합되었을 때, 스클레로글루칸 겔 안의 미세섬유의 두께변화가 일어나며, 25%의 로커스트빈검이 혼합되었을 때 스클레로글루칸의 미세섬유 두께는 약 20 ∼ 30 nm의 두께로 두꺼워진다.
5 %로 증량될 때 10 µm로 작아짐을 보여준다. 분산된 오일입자는 고온(45 ℃)에서도 한 달간 안정함을 관찰하였다. 0.
로커스트빈검인 혼합되어 스클레로글루칸겔의 미세섬유 두께가 두꺼워질수록 점증력이 높아지는 결과를 보이며, 혼합비율이 무게비로 50 : 50일 때 점증시너지효과가 최대가 되는 것을 관찰하였다. 혼합된 두 고분자의 점증력은 저 농도에서 합성고분자인 카보폴 수준으로 변하게 되며, 천연고분자의 단점이 저 농도에서의 저 점도 현상을 극복할 수 있었다.

후속연구

또한 스클레로글루칸과 로커스트빈검 혼합계의 레올로지 연구를 통해 점증 시너지 효과를 관찰했으며, 이를 통해 스클로레글루칸의 물성을 개선하였다. 이 결과들은 화장품산업에서 O/W 에멸젼의 안정화 및 점도 조절제로써 천연고분자인 스클레로글루칸이 적용되는데 많이 이용될 것이다.
5배 이상의 점도 상승효과를 가져오는 것을 확인하였다. 이것은 수용액상에서 두 고분자 간 상호작용으로 나타나는 현상으로 저 농도에서의 낮은 점증력을 가지는 스클레로글루칸의 단점을 개선할 수 있을 것이며, 이들 결과는 향후 스클레로글루칸을 이용한 다양한 형태의 화장품 제형을 개발하는 데 이용될 것이다.
스클레로글루칸은 비이온성의 폴리사카라이드류로써 잔탄검과 비교하여 매우 우수한 농도증가별 점증력을 보여주며, 또한 외부 환경(염, pH)의 변화에도 점증력이 변하지 않는 특성을 보인다. 이런 물성은 스클레로글루칸이 활성성분이 들어가는 화장품 제형에서 좀 더 자유롭게 제형을 개발할 수 있는 가능성을 줄 수 있을 것이다. 스클레로글루칸 젤은 일정 에너지를 가했을 때 전단묽어짐 현상의 고유 물성을 가지고 있으며, 에멀전 안정화제로로도 충분한 기능을 발휘한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	왜 천연고분자는 수용성 분산제 또는 O/W 에멀젼의 안정화제로 이용되어 왔는가?	천연고분자는 고점도의 히드로겔 네트워크를 통해 에멸젼 입자의 합체 억제와 낮은 표면 활성 능을 통한 에멸젼 입자에 흡착을 하지 않음으로써 입자의 안정성을 높이는 등 다양한 형태의 메커니즘을 가지고 수용성 분산제 또는 O/W 에멀젼의 안정화제로써 이용되어져 왔다[3-5]. 또한 천연고분자는 합성고분자와 달리 분자 구조적 특징 때문에 혼합된 고분자 용액의 경우 분자 상호간 작용을 통해 매우 다른 레올로지 거동을 가지며, 이런 레올로지 거동을 통해 좀 더 차별화된 안정화, 사용감 소재로써 폭넓게 사용될 수 있다.
	천연고분자는 어떻게 3차원 결합 구조를 가지는 겔 구조체를 형성하게 되는가?	그들의 기계적 물성은 다당류 주쇄와 그것의 곁치환기에 의해 많은 영향을 받는다[1,2]. 천연고분자는 슈거 링 사이의 결합종류에 따라 코일, 반유연성 사슬 그리고 나선형 구조를 가지며, 높은 농도에서는 사슬 간 결합을 통해 3차원 결합 구조를 가지는 겔 구조체를 형성하게 된다[1]. 또한 수용액상에서의 특이 레올로지 거동은 차별화된 사용감 소재로 사용될 수 있으며, 생체 친화성, 생분해성, 무독성의 성질을 가지는 천연고분자(다당류)는 화장품, 의약품 산업에서 에멀젼 안정화제, 점증제로 폭넓게 연구되고 사용되어져 왔다.
	화장품에 고분자 함량을 높이면 어떤 문제가 발생하는가?	기능성 제품과 같은 활성성분이 많이 들어가는 화장품제형에서는 점증력을 발휘 못해 제품 개발의 어려움을 가지고 있으며, 점도를 올리기 위해 고분자 함량을 높이기도 한다. 하지만 고분자의 함량이 높아지면 사용감 등의 문제점이 생겨, 제형 개발의 제약이 많이 생긴다. 하지만 천연고분자인 스클레로글루칸은 합성고분자와 다른 점증기작을 가지므로 정전기적 힘에 의해서도 영향을 받지 않으며, 다양한 pH와 염의 영향에도 점증력이 변하지 않는 것을 보여준다(Figure 3).

참고문헌 (9)

R. Lapasin and S. Pricl, Reology of industrial polysaccharides: Theory and applications, Blackie Academic & Professional, Glagow (1995).
E. R. Morris, M. G. E. Gothard, M. W. N. Hember, C. E. Manning, and G. Robinson, Conformational and rheological transitions of welan, rhamsan and acylated gella, Carbohydr. Polym., 30, 165 (1996).

상세보기
R. L. Whister and J. N. BeMiller, Industrial gums: Polysaccharides and their derivatives, third ed., Academic Press, San Diego, (1993).
S. Manca, R. Lapasin, P. Partal, and C. Gallegos, Influence of surfactant addition on the rheological properties of aqueous welan matrices, Rheol. Acta, 40, 128 (2001).

상세보기
W. G. Griffin, H. F. Mark, D. F. Othmer, C. G. Overberger, and G. T Seaborg, Kirk-Othmer encyclopedia of chemical technology, 8, Wiley, New York, (1979).
J. Higiro, T. J. Herald, and S. Alavi, Rheological study of xantham and locust bean gum interaction in dilute solution, Food Res. Int., 39, 165 (2006).

상세보기
C. Schorsh, C. Garnier, and J. L. Doblier, Viscoelastic properties of xanthan/galactomannan mixtures: Comparison of guar gum with locust been gum, Carbohydr. Polym., 34, 165 (1997).

상세보기
J. A. Casas and F. Garcia-Ochoa, Viscosity of solutions of xanthan/locust bean gum mixtures, J Sci. Food. Agric, 79, 25 (1999).

상세보기
M. Tako, Binding sites for mannose-specific interaction between xanthan and galactomannan, and glucomannan, Colloid surf B: Biointerfaces, 1, 125 (1993).

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증