[논문]Nano-TiO2를 이용한 자외선차단 마이카 복합체 제조

윤기훈; 이재복; 문영진; 고희경; 이이; 이동규

doi:10.12925/jkocs.2018.35.4.1197

Nano-TiO2를 이용한 자외선차단 마이카 복합체 제조
Preparation of blocking ultraviolet mica composites using Nano-TiO2 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.35 no.4, 2018년, pp.1197 - 1205

윤기훈 (충북대학교 공과대학 공업화학과) , 이재복 (충북대학교 농업생명환경대학 특용식물학과) , 문영진 ((주)솔레온 기업부설연구소) , 고희경 ((주)솔레온 기업부설연구소) , 이이 (충북대학교 농업생명환경대학 특용식물학과) , 이동규 (충북대학교 공과대학 공업화학과)

초록
AI-Helper

자외선차단 화장품은 기능성 화장품 중의 하나로서, 유 무기 자외선차단물질이 함유되어 있다. 무기계 자외선차단제는 주로 산화아연, 이산화티탄 등이 있다. 무기계 자외선차단제는 입자의 지름이 60 ~ 100 nm로 자외선 A, B의 차단능이 좋은 것으로 알려져 있다. 또한자외선을 포함한 태양광선에 대해 비활성이 크고 안전성이 우수하다. 그리고 유기계 자외선차단제처럼 피부에 흡수 또는 축적되지 않으므로 피부자극이나 알레르기를 유발하지 않는다. 본 연구에서는 판상 무기안료인 마이카, 자외선차단 효과를 갖는 이산화티탄 나노입자, 소수성 실리카를 각각 계면활성제로 표면처리 하였고, 각 물질의 전하 차이에 따른 비화학적인 상호 인력 작용에 의해 마이카에 이산화티탄 나노입자, 실리카를 물리적으로 흡착시켰다. 이후, 소수성 표면처리제인 실란을 표면처리 하여 소수성을 갖는 자외선 차단 판상 마이카 복합체를 제조하였다. 자외선 차단 판상 마이카 복합체는 일반적인 나노입자 이산화티탄의 응집성을 개선하고 균일한 분산에 따른 자외선차단 효과가 증대되었으며, 소수성으로 표면처리를 하여 화장품 제형에서의 분산안정성을 크게 개선할 수 있었다. 안료의 표면전하는 제타전위로 평가하였으며, 제조된 자외선차단 마이카 복합체의 특성 평가는 FE-SEM, XRD, FT-IR, UV-VIS 등으로 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

UV protection cosmetics belong to functional cosmetics and contain organic or inorganic UV blocking pigments. The inorganic UV blocking pigments are mainly zinc oxide and titanium dioxide. It is known that inorganic UV blocking pigment has a diameter of 60 to 100 nm and has good blocking ability of UVA and UVB. Also, it has high inactivity against sunlight including UV and is excellent in safety. In addition, it is not absorbed or accumulated on the skin like organic pigments and does not cause skin irritation or allergy. In this study, mica, a plate-shaped inorganic pigment, nanosized titanium dioxide, an UV blocking material, and hydrophobic silica were surface-treated with surfactants. And then, titanium dioxide nanoparticles and silica were physically adsorbed on the mica by non-chemical mutual attraction due to differences in charge. Thereafter, the mica complex was surface-treated with silane to prepare a hydrophobic UV blocking pigment complex. The plate-shaped UV blocking composite improves the cohesiveness of a general nanoparticle material titanium dioxide, enhances UV blocking effect due to uniform dispersion, and can greatly improve dispersion stability in cosmetic formulations by surface treatment with hydrophobic property. The surface charge of the pigment was evaluated by zeta potential. The properties of the UV blocking pigment complex were evaluated by FE-SEM, XRD, FT-IR and UV-VIS.

주제어

표/그림 (10)

그림 Fig. 1. Synthesis procedure for Composite Mica.
그림 Fig. 2. Zeta potential of raw material and the material treated with different surfactants.
그림 Fig. 3. Particle size analysis of complex and two types of TiO₂.
그림 Fig. 4. XRD graph of complex, mica and nano TiO₂.
표 Table. 1. Zeta potential of raw material and surfactant concentration
그림 Fig. 5. FT-IR absorbance spectra of Mica SF and nano TiO₂..
그림 Fig. 6. Surface treatment results of FE-SEM of mica (a), F.I.B. of complex (b) and (c).
그림 Fig. 7. UV-VIS spectrophotometer analysis of raw material and complex.
그림 Fig. 8. Draw down of complex (a), nano TiO₂ (b), micro TiO₂ (c).
표 Table 2. Total transparency and haze meter parameter of raw material and complex.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 판상의 무기안료인 마이카에 자외선 차단 효과를 갖는 TiO₂ 나노입자를 물리적으로 흡착시키고, 음이온 계면활성제로 표면처리된 실리카를 흡착시킨 후 실란을 이용하여 표면처리를 하여 자외선 차단 기능을 갖는 복합체를 제조하고 화장품 안료로써의 자외선 차단효과를 가지면서, 백탁 현상을 줄이는 기능을 분석하였다.

제안 방법

자외선차단안료 복합체를 제조하기 위해 마이카, silica silylate, TiO₂의 제타전위를 양이온, 음이온계면활성제를 이용하여 각각 양, 음전하로 조절하였다.
판상의 무기안료인 마이카와 소수성을 띄는 실리카를 계면활성제로 표면처리하고, 자외선 차단기능을 갖는 TiO₂를 계면활성제로 표면처리 하여 표면 전하를 조절하였다. 표면전하가 조절 된 세 가지 물질은 제타전위 차를 이용하여 물리적으로 흡착되었고 복합체를 형성하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 자외선차단안료 복합체를 제조하기 위해 판상 무기안료인 마이카 (Mica A325,Mikwang Mica, Korea), 소수성 무기분체인silica silylate (Cabosil® TS530, Cabot Corp., Germany), 자외선차단안료인 TiO₂ (TTOS4,Ishihara Sangyo Kaisha Ltd., Japan) 를 사용하였다. 또한 각 안료의 표면전하를 조절하기 위하여 표면전하조절제인 PCA ethyl cocoyl arginate(CAE, Ajinomoto Co.

이론/모형

복합체와 나노 TiO₂, 마이크로 TiO₂의 투과도와 백탁도 등을 확인하기 위하여 draw down을 실시하였다. 동일한 조건하에 세 가지 물질을 draw down한 결과 Fig.

성능/효과

복합체는 UVB와 UVA의 차단 범위인 280 ∼ 400 nm에서 자외선 흡수율을 확인할 수 있다. 또한 동일 함량의 단일 나노 TiO₂ 의 UV-VIS 자외선 차단 흡수율과 비교하였을 때 복합체의 자외선 차단흡수율이 1.23으로 TiO₂의 0.61 보다 높은 것을 확인하였으며, 마이카와 silica silylate의 자외선 차단흡수율은 미비하여 큰 영향을 미치지 않는 것을 확인하였다.
마이카는 제타전위 –31.8 mV에서 계면활성제가 투여됨에 따라 제타전위가 일시적으로 증가하는 현상을 보였지만, 계면활성제가 0.5 wt%를 초과함에 따라 제타전위가 –42.0 mV까지 감소하였다. Silica silylate의 경우 기존의 제타전위 값은 –8.
제조된 판상 마이카 복합체의 기능성화장품의 안료로써의 적합성을 확인하기 위하여 haze meter를 측정하였다. 복합체의 투과도는 TiO₂ 단일 물질보다 높으며 haze 값은 감소한 것을 확인 하였는바, 이를 통해 TiO₂이 마이카 표면에 균일하게 표면처리 되었을 때 투과도는 증가하고 haze 값은 감소하여 판상 마이카 복합체가 화장품 안료로써 단일 TiO₂보다 백탁현상이 개선되고 자외선 차단효과는 우수한 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자외선의 종류 중 UVB의 특징은 무엇인가?	UVA는 가장 긴 파장을 가지는 자외선으로 흔히 생활자외선이라 불리우며 긴 파장 때문에 실내유리를 통과할 수 있으며 피부의 기저층을 통과하여 진피층까지 도달하며 콜라겐손상에 의한 주름발생의 원인이 된다. UVB는 UVA보다 더 짧은 파장으로 진피의 상부층까지만 도달되는 반면, 피부자극이 훨씬 강하여 색소침착과 함께 일광화상을 일으키고 심하면 발열과 통증, 수포를 일으킬 수 있어서 대다수 표피에 대한 광생물학 반응의 원인이 되는 광선이다. UVC는가장 파장이 짧은 자외선이며 에너지가 가장 강하다.
	무기계 자외선차단제는 무엇이 있는가?	자외선차단 화장품은 기능성 화장품 중의 하나로서, 유 무기 자외선차단물질이 함유되어 있다. 무기계 자외선차단제는 주로 산화아연, 이산화티탄 등이 있다. 무기계 자외선차단제는 입자의 지름이 60 ~ 100 nm로 자외선 A, B의 차단능이 좋은 것으로 알려져 있다.
	자외선차단제의 성분은 무엇이 있는가?	자외선 차단제는 자외선과 피부와의 접촉을 차단하여 이러한 요인들을 막아준다. 자외선차단제에서 실질적으로 기능성을 갖는 성분은 일반적으로 ethylhexyl methoxycinnamate (EHMC), isoamyl p-methoxycinnamate (IMC), butyl methoxydibenzoylmethane (BMDM)과 같은 유기차단제 성분과 titanium dioxide (TiO2), zinc oxide (ZnO)와 같은 무기차단제 성분으로 구분된다 [1]. 유기자외선 차단제는 사용이 용이하나 피부자극의 문제가 있어 배합에 규제가 따르거나 국가별로 사용량과 사용여부를 제한하고 있다[6].

참고문헌 (20)

I. Y. Oh, S. Y. Kim, J. M. Suk, S. W. Jung, J. O. Park, K. H. Yoo, M. N. Kim, "Sun protection factor (SPF) assessment of the sunscreen composed of natural substances." Journal of the Society of Cosmetic Scientists of Korea, Vol.39, No.2, pp. 141-148, (2013).

원문보기 상세보기
J. C. Yang, "In vitro SPF measurement of sunscreen agents in cosmetics." J. of The Korean Oil Chemists Society, Vol.27 (2010).
Y. M. Yoon, S. H. Bae, S. K. An, Y. B. Choe, K. J. Ahn, I. S. An, "Effects of ultraviolet radiation on the skin and skin cell signaling pathways.", Kor. J. Aesthet. Cosmetol., Vol.11, No.3, pp. 417-426, (2013).
S. C. Kim, K. D. Nam, H. W. Lee. "Development and efficiency-stabilization of UV blocking agents used to skincare." J. of Korean oil Chemists' Soc., Vol.12, No.2, pp. 157-163, (1995).
M. H. Chang. "Research on the change of hair by an ultraviolet A." J. of the Korean Society Design Culture, Vol.22, No.2, pp. 561-568, (2016).
W. S. Jung, E. K. Park, S. P. Kang, S. H. Park, M. J. Lee. "Ultraviolet-A blocking effect and antioxidant activity of Gracilariopsis chorda extract." Kor. J. Fish Aquat. Sci., Vol.43, No.3, pp. 277-279, (2010).
N. A. Cridland, R. D. Saunders, "Cellular and molecular effects of UVA and UVB." National Radiological Protection Board. Vol.26, No.7, pp. 269 (1994).
S. Y. Kang, B. S. Chang. "Ultrastructural Characteristics of Talcs Including General Cosmetics." J. of Cosmetological Science, Vol.6, No.4, pp. 381-387, (2010).
N. Panina, R. Van de Ven, P. Verwer, H. Meekes, E. Vlieg, G. Deroover, "Polymorph prediction of organic pigments." Dyes and Pigments, Vol.79, No.2, pp. 183-192, (2008).

상세보기
H. W. Lee, S. H. Kang, K. D. Nam, "Characteristics of inorganic pigments used for cosmetics." J. Korean Oil Chemists' Soc. Vol.11, No.2, pp. 7-15, (1994).
B. Y. Ahn, J. H. Kim, S. I, Seok, S. Y. Ko, H. K. Chang. "Silica microcapsules containing UV absorber for cosmetics." J. of Industrial Science and Technology Institute, Vol.13, No.7, pp. 672-678, (2002).
S. O. Kang, B. S. Chang, "Ultrastructural characteristics of talcs including general cosmetics." Journal of Cosmetological Science, Vol.6, No.4, pp. 381-387, (2010).
H. J. Lee, "Use and risk of talc in public health." Korean Journal of Veterinary Public Health, Vol.33, No.3, pp. 165-171, (2009).
L. H. Kligman, "The nature of photoaging: its prevention and repair." Photodermatology, Vol.3, pp. 215-227, (1986).

상세보기
H. D. Cho, S. N. Park, "Synergy effect of sun protection factor using method of forming self-assembly of hybrid titanium dioxide." J. Korean Oil Chemists' Soc, Vol.31, No.4, pp. 748-758, (2014).

원문보기 상세보기
Y. Inoue, I. Noda, T. Torikai, T. Watari, T. Hotokebuchi, M. Yada, " $TiO_2$ nanotube, nanowire, and rhomboid-shaped particle thin films fixed on a titanium metal plate." Journal of Solid State Chemistry, Vol.183, No.1, pp. 57-64, (2010).

상세보기
D. S. Shin, K. S. Kim, O. S. Lee, S. H. Lee, "Preparation of $SiO_2/TiO_2$ composite particles with planarized $SiO_2$ particles." J. Soc. Cosmet. Sci. Korea, Vol.25, No.1, pp. 37 (1999).
S. H. Jin, J. H. Hong, I. Kim, J. H. Yun, S. E. Shim, "Effect of vinyltriethoxysilane content on mechanical and physical properties of precipitated silica reinforced silicone rubber." Polymer Korea, Vol.35, No.4, pp. 342-349, (2011).

원문보기 상세보기
G. Lefebvre, L. Galet, A. Chamayou, "Dry coating of talc particles with fumed silica: Influence of the silica concentration on the wettability and dispersibility of the composite particles." Powder Technology, Vol.208, No.2, pp. 372-377, (2011).

상세보기
W. T. Kwon, S. R. Kim, Y. H. Kim, Y. J. Lee, D. G. Shin, J. Y. Won, S. C. Oh, "The Effect of Liquid Medium on Silicon Grinding and Oxidation during Wet Grinding Process." Journal of the Korean Ceramic Society, Vol.51, No.2, pp. 121-126, (2014).

원문보기 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