초록 ▼

핵심기술
다양한 작용기 적용 및 합성 조건을 이용한 다양한 생체계면활성제 개발

최종목표
▶ 헤어용 및 피부용 저독성/저자극성 계면활성제로 인체에 무해, 생분해성이 우수하여 수질오염을 최소화할 수 있는 인지질계, 지방산계, 당지질계, 아미노산계 등의 다양한 생체계면 활성제를 개발.
▶ 식물성 오일(sunflower, rapeseed oil, cottonseed oil, palm oil, coconut oil 등)을 원료로 하여 다양한 종류의 알킬기를 조절함으로써 친수성 및 안정성을 향상시킬 수 있으며, 한

핵심기술
다양한 작용기 적용 및 합성 조건을 이용한 다양한 생체계면활성제 개발

최종목표
▶ 헤어용 및 피부용 저독성/저자극성 계면활성제로 인체에 무해, 생분해성이 우수하여 수질오염을 최소화할 수 있는 인지질계, 지방산계, 당지질계, 아미노산계 등의 다양한 생체계면 활성제를 개발.
▶ 식물성 오일(sunflower, rapeseed oil, cottonseed oil, palm oil, coconut oil 등)을 원료로 하여 다양한 종류의 알킬기를 조절함으로써 친수성 및 안정성을 향상시킬 수 있으며, 한 분자 내에 4급화된 질소의 함유량을 늘려서 생분해성을 증가시키고 인체자극성을 낮게 함.
▶ 이를 위하여 다기능성이 부여되도록 분자 내에 알코올, 아마이드, 에스터그룹, 식물성 오일(sunflower, rapeseed oil, cottonseed oil, palm oil, coconut oil 등)을 도입함.
▶ 하나의 수소기와 하나의 친수기를 갖는 기존 계면활성제의 문제점을 해결하기 위해 기존 계면활성제 구조의 친수기 부분에 두 개 또는 세 개의 이온성기를 갖고 여러 개의 소수성 사슬을 갖는 생체계면활성제를 개발하고자 함.
▶ 화학구조나 분자형태가 기존 계면활성제와는 다른 독특한 화학구조, 다관능성, 생분해성 및 안정성, 저자극, 저독성 등의 특징을 갖는 생체계면활성제를 개발하고자 함.
▶ 분자 내에 친수기를 도입하여 용해성이 탁월한 성능을 가지며, 유연력, 투명도, 흡수력, 마찰대전압, 장기안정성, 생분해성 등의 특성을 측정하여 개발물질의 성능을 평가함.
▶ 합성한 인지질계, 지방산계, 당지질계, 아미노산계 등의 다양한 생체계면활성제들에 대한 계면물성 (표면장력, CMC, 계면장력, 접촉각, 기포력 등)을 측정하고 아울러 유연효과에 관한 메커니즘을 규명하여 제품개발에 반영하고자 함.
▶ 각 제품에 대하여 인체적합형 계면활성제의 역할과 상용성, 안정성 그리고 기존 계면활성제들과 대조하여 보고 이에 따른 아토피 및 극건성, 민감성 피부에 효능 효과를 볼 수 있도록 적합한 제형 및 제품 개발함.
▶ 인체에 무해하고 생분해성 및 안전성이 우수한 저자극, 저독성의 개발된 생체계면활성제인 인지질계, 지방산계, 당지질계, 아미노산계 계면활성제를 한 가지 혹은 모두 다 사용한 배합기술 / 제형연구를 기존 계면활성제와 비교함.
▶ 개발된 계면활성제를 사용하여 친환경, 피부친화적인 클렌져 개발, 제품에 대한 안전성, 유효성 평가를 통하여 우수한 완제품 개발 및 배합기술 및 제형에 따른 공정 확립.
▶ 환경오염의 중요한 원인으로 대두되고 있으며 피부에 자극 및 건조함을 줄 수 있는 (화학적)계면활성제를 대신하여 인체 적합형 저자극, 저독성 계면활성제 소재를 이용한 극건성/민감성 클렌져 제품 개발.
▶ 환경친화적 생체계면활성제 소재로의 산업적 용도로 사용할 수 있도록 하는 가공 기술과 그에 따른 계면활성 테스트를 통하여 기존 합성계면활성제와 비교 대조하여 유효성 및 안정성이 우수한 제형 개발확립
▶ 생체계면활성제 소재의 안정성, 안전성 평가를 통하여 저독성/저자극의 친환경 향장제품 개발 및 판매 활동
▶ 개발된 계면활성제에 대하여 경제성 분석, 독성 및 생분해성 등의 평가를 진행하여 기존 계면활성제를 대체할 수 있는 인체적용 친환경, 저독성 및 저자극성 생체계면활성제의 사업화를 진행하고자 함.

개발내용 및 결과
▶ 1차년도 : 천연으로 존재하는 고분자량 에스테르 화합물을 지방이라고 부르는데 지방의 특성은 지방을 이루는 지방산에 의해서 결정됨. 이러한 지방의 한 종류인 Coconut Oil과 Rapeseed Oil을 이용한 인지질 생체계면활성제인 CP, LP를 개발진행하여 현재 꾸준한 매출액이 나가고 있으며, Coconut Oil을 이용하여 만든 지방산계 생체계면활성제인 FattyAmideAmine인 FEA-1,2,3을 개발하였음. 인지질계 생체계면활성제 중 CP와 지방산계 생체계면활성제인 FEA-3의 경우는 화장품 원료로 등재하여 사용하기 위해서는 INCI이 존재하여야 하는데 신규 물질로서 등재가 안 되어 있었기 때문에 1차년도에 상기 두 물질에 대하여 CTFA에 등재를 신청하여 INCI를 획득함(지방산계 생체계면활성제 FEA-3 : Monograph ID : 31961, 인지질계 생체계면활성제 CP-30 : Monograph ID : 17584). 그리고 ‘지방산계 생체계면활성제 제조방법‘이라는 특허 출원을 진행함. 또한 국내 학술대회 포스터 4건 및 국외 1건 발표를 진행함. 1차년도에 개발된 생체계면활성제를 이용하여 소망화장품에서는 ‘Be the salon’이라는 헤어케어제품을 출시하였음.

▶ 2차년도 : 인체 피부에 기본을 이루고 있는 단백질의 기초 물질인 아미노산의 구조를 띄고 있어 인체 적합성에 상당히 부합하는 Coconut Oil에서 출발한 Cocoyl chloride를 이용하여 아미노산계생체계면활성제인 CTK, CTA, CGK, CGN 개발을 진행하였음. 이중 CGN의 경우는 지속적인 매출이 일어나고 있으며 현재 해외(일본)에서의 샘플 테스트 결과 양호한 결과를 얻어 매출 확대가 예상됨. 그리고 우리가 흔히 알고 식용으로 사용하고 있는 설탕의 기본물질인 Glucose를 출발 물질로 하여 여기에 다양한 종류의 알코올을 붙인 당류계 생체계면활성제의 개발을 진행하였음. 이 당류계면활제의 경우는 식용에 쓰일 수 있는 가능성이 존재하므로 미국 FDA의 승인을 진행하였으며 3차년도에 최종 승인을 얻기에 이름. 상기 아미노산계 생체계면활성제는 ‘아미노산계 생체계면활성제의 제조방법’이라는 특허출원을 진행하였으며, 당류계 생체계면활성제는 ‘당류계 생체계면활성제의 제조방법’이라는 특허 출원을 진행함. 또한 국내 학술대회 2건 및 국회 학술대회 4건 발표를 진행하였고 SCI 논문 1건을 게재 진행하였음.

▶ 3차년도 : 2차년도에 개발되었던 아미노산계 계면활성제의 추가 개발을 진행하여 Coconut Oil에서 출발한 Cocoyl chlide에 taurate를 결합한 Methy cocoyl taurate의 개발을 진행하였으며 현재 애경산업을 비롯한 여러 생활용품업체에 제품 테스트를 의뢰 중이며, 2차년도에 이어서 ‘글루타메이트 아미노산계 계면활성제의 제조방법’이라는 특허를 출원함. 1차년도에 이어서 Coconut Oil을 이용하여 합성을 진행한 DL 제품과 Lauryl alcohol을 이용하여 합성한 SL 제품을 개발하였고 이 DL과 SL의 일정한 Formulation을 통하여 최종 LSA(B)의 개발을 완료함. LSA(B)의 경우는 현재 지속적인 매출 발생이 이루어지고 있음. 또한 국외 학술대회 3건의 포스터 발표를 진행하였으며 SCI 논문 1건을 게재하였음.

▶ 각 연차마다 개발된 주요 제품들의 생분해도, 인체독성(경구독성/안자극성) 테스트를 진행하여 제품 안정성 자료에 대한 확보는 물론, 피부 알러지 테스트 등을 동시에 진행하여 향후 제품 판매 시 홍보 자료로 사용될 예정임

기술개발 배경
▶ 박테리아, 효모, 곰팡이 등의 미생물과 효소를 이용하여 생산되는 화합물로서 계면 활성 기능을 갖는 것을 생체계면활성제라고 부름. 최근, 생체계면활성제는 합성계면활성제의 낮은 생분해도와 독성 문제에 대한 기술적인 대안으로써 환경 선진국들을 필두로 연구가 활발히 진행되고 있음. 생체계면활성제의 화학구조나 분자형태는 합성계면활성제와는 현저히 상이하며, 독특한 화학구조, 다관능성, 생물활성, 생분해성 및 안정성, 광학활성 등의 특징을 갖고 있음. 생체계면활성제는 분자량에 비하여 부피가 큰 구조를 갖고 있음에도 불구하고 표면장력과 계면장력 저하능이 우수하고 CMC가 낮다는 장점을 갖고 있음. 생체계면활성제는 성능 면이나 독성 그리고 생분해성 면에서 기존의 계면활성제보다 월등히 우수함. 생체계면활성제의 용도는 기존의 계면활성제와 같이 금속가공, 제지, 페인트, 석유탐사용, 섬유용, 농경용,건축·건설용, 식품가공용, 산업용 세척제, 피혁가공 등 다양한 분야에서 응용이 가능하며, 앞으로 산업 활동에 의한 환경오염이나 인체에 대한 유독성에 대한 엄격한 규제가 강화됨에 따라 생체계면활성제의 필요성이 더욱 강조되고 있음.

핵심개발기술의 의의
▶ 현재 국내시장에서 생체계면활성제라는 분류의 제품은 찾아보기 힘든 상황이며 대부분을 수입산에 의존하고 있는 실정임. 또한 사회적인 분위기 자체가 인체에 무해하거나 저독성/저자극성의 계면활성제를 요구하는 추세이며, 이에 발맞추어 본 과제를 통하여 개발된 인지질계, 지방산계, 아미노산계, 당류계 생체계면활성제를 이용하여 시장에서 소비자들의 Needs에 맞는 제품을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 일반 합성계면활성제에서 생체계면활성제라는 제품군을 확보했다는 의의가 발생함.

적용분야
▶ 현재 가정용 세제부터 공업용 응용에 이르기까지 가장 많이 이용되는 계면활성제는 독성과 피부자극성이 강하여 점점 그 사용량이 감소될 것으로 예상되는 반면에, 상대적으로 독성과 수질환경공해 문제를 어느 정도 만족시켜주는 환경 친화적 생체계면활성제의 사용량이 증가할 것으로 예상되며, 또한 양쪽성 계면활성제는 살균성 및 대전 방지성 등을 가지고 있어 특수한 목적으로 사용량이 증가될 것으로 예상됨. 장래에 새로운 기능성 계면활성제의 개발에 있어서 주요 진행방향은 크게 환경 친화적인 계면 활성제, 계면활성 특성 이외에 부가적인 기능성을 부여한 계면활성제,그리고 새로운 구조의 계면활성제 합성을 통한 새롭고 흥미로운 계면 특성을 갖는 계면활성제 개발 등의 세 가지 방향으로 전개될 것으로 예상됨.

( 출처: 최종보고서 초록 - 3. 개발결과 요약 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 14
• 목차 ... 20
• 제 1 장 서론 ... 22
• 제 1 절 과제의 개요 ... 22
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 30
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 30
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 41
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 결과 ... 46
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 172
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 173
• 제 3 장 결과 ... 174
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 174
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 195
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 196
• 제 4 절 자체 보안 관리 진단표 ... 197
• 제 4 장 사업화 계획 ... 198
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 198
• 제 2 절 사업화 계획 ... 199
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 201
• 부록 ... 202
• 끝페이지 ... 236