KR100943036B1 - TiO2 Nanocapsule with Improved Stability and Dispersibility, TiO2 Nanocapsule Composition therefor, and Manufacturing Method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 친유성 표면처리된 TiO2를 수소첨가 레시친 (hydrogenated lecithin) 또는 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate)을 포함하는 계면활성제로 유화 및 분산시켜 제조되는 안정성 및 분산성이 향상된 TiO2 나노캡슐, 이를 위한 나노캡슐 조성물 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention provides improved stability and dispersibility of TiO2 nanocapsules prepared by emulsifying and dispersing lipophilic surface-treated TiO2 with a surfactant including hydrogenated lecithin or sucrose distearate, It provides a nanocapsule composition and a method of manufacturing the same.

본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐은 평균 입자 크기가 400~800nm로서 그 크기가 작고 균일할 뿐만 아니라, 320nm 이하에서 95%이상의 반사율을 보이므로 자외선 차단 화장품에 사용되기에 적합하다. 또한, 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐은 안정성과 분산성이 뛰어나므로 특히 수중유적형 자외선 차단 화장품에서 우수하게 사용될 수 있다.The TiO2 nanocapsules according to the present invention have an average particle size of 400-800 nm and are not only small and uniform in size, but also have a reflectance of 95% or more at 320 nm or less, and thus are suitable for use in sunscreen cosmetics. In addition, since the TiO2 nanocapsules according to the present invention have excellent stability and dispersibility, the TiO2 nanocapsules can be used particularly well in oil-in-water sunscreen cosmetics.

나노캡슐, TiO2, 계면활성제, 레시친, 안정성 Nanocapsules, TiO2, Surfactants, Lecithin, Stability

Description

안정성 및 분산성이 향상된 TiO₂나노캡슐, 이를 위한 나노캡슐 조성물 및 그 제조방법{TiO2 Nanocapsule with Improved Stability and Dispersibility, TiO2 Nanocapsule Composition therefor, and Manufacturing Method thereof}TiO₂nanocapsules with improved stability and dispersibility, nanocapsule compositions and methods for manufacturing the same {TiO2 Nanocapsule with Improved Stability and Dispersibility, TiO2 Nanocapsule Composition therefor, and Manufacturing Method

본 발명은 TiO2 나노캡슐, 이를 위한 나노캡슐 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화장품의 제조에 적합한 안정성 및 분산성이 향상된 TiO2 나노캡슐, 이를 위한 나노캡슐조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to TiO2 nanocapsules, nanocapsule compositions for the same, and a method for preparing the same, and more particularly, to TiO2 nanocapsules having improved stability and dispersibility suitable for preparing cosmetics, nanocapsule compositions for the same, and methods for preparing the same. will be.

최근, 환경오염으로 인해 오존층의 파괴가 급속도로 빨라지고 있고 이로 인해 인간의 피부가 유해한 자외선으로부터 위협받고 있다. Recently, the destruction of the ozone layer is rapidly accelerated due to environmental pollution, and thus human skin is threatened from harmful ultraviolet rays.

과도한 자외선이 피부에 도달하면 자극을 주어 홍반, 흑화, 일광화상뿐 아니라 피부 내에 자유라디칼(free radical)을 형성하여 노화를 촉진하고 피부암을 유발시키므로 유해한 자외선 차단의 중요성이 한층 높아지고 있다. When excessive ultraviolet rays reach the skin, they are irritated to form free radicals in the skin as well as erythema, blackening, and sunburn, thereby promoting aging and causing skin cancer.

자외선 차단소재로는 유기 자외선 차단제와 무기 자외선 차단제로 나뉘는데[Gasparro et al., 1998; Klein, 1992], 유기 차단제는 자외선 흡수가 주 기능인 반면, 무기 차단제는 자외선의 산란과 반사가 주기능으로써 넓은 파장 영역의 자외선을 방어하고 안전성이 높으므로 관심이 증대되고 있다. Sunscreen materials are divided into organic sunscreens and inorganic sunscreens [Gasparro et al., 1998; Klein, 1992], while organic blockers have the main function of ultraviolet absorption, inorganic blockers have increased interest because they are the main function of scattering and reflection of ultraviolet rays to protect ultraviolet rays in a wide wavelength range and have high safety.

무기 자외선 차단제에는 이산화티탄, 산화아연, 산화지르코늄 등이 있으며, 그 중에서 가장 많이 사용되고 있는 것이 이산화티탄(titanium oxide, TiO2)이다. 이산화티탄은 굴절률이 높아 빛을 산란시키는 효과가 우수하고, 화장품에서 안전성이 높고, 인체에 무해하다는 점에서 자외선 차단제로서 탁월한 소재이다[光井武夫 등, 2002]. Inorganic sunscreens include titanium dioxide, zinc oxide, zirconium oxide, and the like, and titanium oxide (TiO 2) is most commonly used. Titanium dioxide is an excellent material as a sunscreen because of its high refractive index, excellent effect of scattering light, high safety in cosmetics, and harmless to human body [光 井 武 [et al., 2002].

그러나 TiO2는 제형(劑型) 안정성이 낮고 백탁(白濁)현상이 나타나며 사용감이 나쁘고 에멀션 내에서 응집되는 단점이 있다. 이와 같은 미립자 TiO2가 가지는 단점을 보완하고 성능을 향상시키기 위해 여러 가지 표면처리를 한다. However, TiO2 has a disadvantage of low formulation stability, cloudiness, and poor usability and aggregation in the emulsion. Various surface treatments are performed to compensate for the disadvantages of the fine particle TiO 2 and to improve performance.

표면처리제로는 실리콘, 금속비누, 불소화합물, 실리카, 알루미나 등을 사용하며, 그 결과로 분산성 향상, 광촉매반응 억제, 내수성 향상, 발유성(撥油性) 향상이 이루어진다. 그 예로서는 분산성을 높이기 위해 유상에서는 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate)를, 수상에서는 실리카나 친수성 고분자 등을 이용하여 표면을 처리하는 기술이 개발되어 있다[Hewitt, 1999]. 또한, TiO2 표면을 일반적으로는 지방산이나 실리콘오일과 같은 유기물로 표면처리를 하여 발수성(撥水性)을 부여하는 동시에 유성 바인더로서 작용하도록 하는 경우가 많다.As the surface treatment agent, silicon, metal soap, fluorine compound, silica, alumina, and the like are used. As a result, the dispersibility is improved, the photocatalytic reaction is suppressed, the water resistance is improved, and the oil repellency is improved. For example, in order to increase dispersibility, a technique has been developed for treating a surface by using aluminum stearate in the oil phase and silica or a hydrophilic polymer in the water phase [Hewitt, 1999]. In addition, the surface of TiO2 is generally treated with an organic substance such as fatty acid or silicone oil to impart water repellency and act as an oily binder.

그런데, 화장품 산업에서 사용되고 있는 TiO2는 주로 표면 처리된 파우더 형태나 실리콘오일에 분산시킨 형태가 대부분이어서, 흔히 사용하는 로션과 같은 수중유적형(oil-in-water type, O/W)의 화장품을 제조하는 데는 그 한계가 있다. 즉, TiO2가 가지고 있는 본래의 특성을 발휘하기 위해서는 충분히 분산시킬 필요가 있지만, 로션은 제조시의 분산에너지가 약하고 사용할 수 있는 분산제도 인체 안전성과 안정성 면에서 많은 제약이 있기 때문이다. By the way, TiO2, which is used in the cosmetics industry, is mostly in the form of surface-treated powders or dispersed in silicone oil, so that oil-in-water type (O / W) cosmetics such as lotions are commonly used. There is a limit to manufacturing. That is, in order to exhibit the original characteristics of TiO2, it is necessary to disperse it sufficiently, but the lotion has a weak dispersion energy during manufacture, and the dispersant that can be used has many limitations in terms of human safety and stability.

그리하여, 수중유적형의 화장품을 포함한 어떠한 종류의 화장품에도 적용가능한 안정성과 분산성이 향상된 TiO2 제형을 제조하는 방법이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need for a method of preparing a TiO2 formulation having improved stability and dispersibility applicable to any kind of cosmetics including oil-in-water cosmetics.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 굴절률이 높아 자외선을 산란시키는 효과가 우수하고 인체에 무해한 TiO2를 나노캡슐화하여 안정성 및 분산성을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention is to improve the stability and dispersibility by nano-encapsulating TiO 2 is excellent in the effect of scattering ultraviolet rays due to high refractive index and harmless to the human body.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 친유성 표면처리된 TiO2를 수소첨가 레시친 (hydrogenated lecithin) 또는 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate)을 포함하는 계면활성제로 유화 및 분산시켜 제조되는 안정성 및 분산성이 향상된 TiO2 나노캡슐을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is the stability and powder prepared by emulsifying and dispersing lipophilic surface-treated TiO 2 with a surfactant containing hydrogenated lecithin or sucrose distearate Provides TiO 2 nanocapsules with enhanced acidity.

본 발명은 또한 친유성 표면처리된 TiO2, 계면활성제, 보조유화제, 유화안정제, 항산화제, 킬레이팅제 및 정제수를 포함하는 조성물로서, 상기 계면활성제는 수소첨가 레시친 (hydrogenated lecithin) 또는 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate)을 포함하는 것인 TiO2 나노캡슐 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition comprising a lipophilic surface-treated TiO 2, a surfactant, a co-emulsifier, an emulsifier, an antioxidant, a chelating agent, and purified water, wherein the surfactant is hydrogenated lecithin or sucrose distearic acid. It provides a TiO 2 nanocapsule composition comprising (sucrose distearate).

나아가, 본 발명은 정제수, 항산화제 및 킬레이팅제를 포함하는 나노캡슐용 수상성분과 계면활성제 및 보조유화제를 포함하는 나노캡슐용 유상성분 각각을 65~75℃의 온도까지 가온 융해한 후, 상기 융해된 나노캡슐용 수상성분에 나노캡슐용 유상성분을 첨가하고 호모믹서로 교반하는 1차 전처리 유화단계; 상기 1차 전처리 유화액에 TiO2를 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드에 현탁시킨 TiO2 현탁액을 첨가한 후, 호모믹서로 교반하는 2차 전처리 유화 단계;및 상기 2차 전처리 유화액을 고압호모게나이저를 사용하여 캡슐화 및 냉각하는 단계를 포함하는 TiO2 나노캡슐의 제조방법을 제공한다.Furthermore, the present invention after melting and melting each of the aqueous phase component for nanocapsules containing purified water, antioxidant and chelating agent and the oil phase component for nanocapsules including surfactant and co-emulsifier to a temperature of 65 ~ 75 ℃, A first pretreatment emulsifying step of adding an oil phase component for nanocapsules to a melted nanocapsule aqueous phase component and stirring with a homomixer; A second pretreatment emulsification step of adding TiO2 suspension in which TiO2 is suspended in caprylic / capric triglyceride to the first pretreatment emulsion and then stirring with a homomixer; and using the high pressure homogenizer as the second pretreatment emulsion It provides a method for producing TiO 2 nanocapsules comprising the step of encapsulation and cooling.

본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐은 평균 입자 크기가 400~800nm로서 그 크기가 작고 균일할 뿐만 아니라, 320nm 이하에서 95%이상의 반사율을 보이므로 자외선 차단 화장품에 사용되기에 적합하다. 또한, 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐은 안정성과 분산성이 뛰어나므로 특히 수중유적형 자외선 차단 화장품에서 우수하게 사용될 수 있다.The TiO2 nanocapsules according to the present invention have an average particle size of 400-800 nm and are not only small and uniform in size, but also have a reflectance of 95% or more at 320 nm or less, and thus are suitable for use in sunscreen cosmetics. In addition, since the TiO2 nanocapsules according to the present invention have excellent stability and dispersibility, the TiO2 nanocapsules can be used particularly well in oil-in-water sunscreen cosmetics.

우선, 본 발명은 친유성 표면처리된 TiO2를 수소첨가 레시친 (hydrogenated lecithin) 또는 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate)을 포함하는 계면활성제로 유화 및 분산시켜 제조되는 안정성 및 분산성이 향상된 TiO2 나노캡슐을 제공한다.First, the present invention provides improved stability and dispersibility of TiO2 nanocapsules prepared by emulsifying and dispersing lipophilic surface-treated TiO2 with a surfactant including hydrogenated lecithin or sucrose distearate. to provide.

일반적으로 100nm 이하의 미립자는 분산성이 낮아 입자가 응집하는 현상이 있으므로, 본 발명에서는 이러한 응집을 방지하고 2차 입자를 안정화시키기 위해 TiO2 나노캡슐을 제조하였다. In general, since particles having a dispersibility of 100 nm or less have a phenomenon of aggregation of particles because of low dispersibility, TiO 2 nanocapsules were prepared in order to prevent such aggregation and stabilize secondary particles.

본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 제조에 사용될 수 있는 계면활성제로는 미 셀(micelle) 형성이 용이하고 생체 적합성이 좋은 천연물 유래 계면활성제가 바람직하며, 특히, 그 중에서도 수소첨가 레시친(hydrogenated lecithin) 또는 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate)을 포함하는 것이 바람직하다. 이는 이들을 사용할 경우 나노캡슐의 평균 크기가 작고 균일하게 만들어지게 되기 때문이다.Surfactants that can be used in the preparation of TiO2 nanocapsules according to the present invention are preferably natural-derived surfactants that are easy to form micelles and have good biocompatibility, and in particular, hydrogenated lecithin or It is preferred to include sucrose distearate. This is because the average size of the nanocapsules is small and uniform when using them.

본 발명에서는 TiO2의 광촉매활성을 억제시키고 분산이 잘 되도록 하기 위하여 표면처리된 TiO2를 사용하며, 이때, 친수성보다는 친유성 표면처리제로 표면처리된 것이 바람직하다. 이는 친수성 표면처리된 TiO2를 사용하여 나노캡슐을 제조할 경우, 48~72시간이 경과하면서 육안으로 확인할 수 있을 정도로 큰 응집현상이 나타나는 등 안정성이 매우 나쁘기 때문이다. In the present invention, TiO 2 is used to suppress the photocatalytic activity of TiO 2 and to make the dispersion well. In this case, it is preferable that the surface is treated with a lipophilic surface treatment agent rather than hydrophilicity. This is because when the nanocapsules are prepared using hydrophilic surface-treated TiO 2, the stability is very bad, such as a large cohesion phenomenon that can be visually confirmed after 48 to 72 hours.

상기 친유성 표면처리는 이소스테아린산(isostearic acid) 또는 알루미늄스테아레이트(aluminum stearate)를 포함하는 표면처리제에 의하여 이루어지는 것이 TiO2 나노캡슐의 안정성 측면에서 더욱 바람직하다. The lipophilic surface treatment is more preferably performed in terms of stability of the TiO 2 nanocapsules by a surface treatment agent containing isostearic acid or aluminum stearate.

본 발명은 또한, 친유성 표면처리된 TiO2, 계면활성제, 보조유화제, 유화안정제, 항산화제, 킬레이팅제 및 정제수를 포함하는 조성물로서, 상기 계면활성제는 수소첨가 레시친(hydrogenated lecithin) 또는 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate)을 포함하는 것인 TiO2 나노캡슐 조성물을 제공한다.The present invention also provides a composition comprising a lipophilic surface-treated TiO 2, surfactant, co-emulsifier, emulsion stabilizer, antioxidant, chelating agent and purified water, wherein the surfactant is hydrogenated lecithin or sucrose di It provides a TiO 2 nanocapsule composition comprising stearic acid (sucrose distearate).

이때, 상기 TiO2 나노캡슐 조성물은 친유성 표면처리된 TiO2, 수소첨가 레시친 (hydrogenated lecithin), 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드, 세틸포스페이트, 글리세린, 에탄올, 소듐 아스코르빌 포스페이트, 디소듐 EDTA 및 정제수를 포함하는 TiO2 나노캡슐 조성물일 수 있다. At this time, the TiO2 nanocapsule composition is lipophilic surface-treated TiO2, hydrogenated lecithin, caprylic / capric triglycerides, cetylphosphate, glycerin, ethanol, sodium ascorbyl phosphate, disodium EDTA and purified water TiO 2 nanocapsule composition comprising a.

이때, 상기 TiO2 나노캡슐 조성물은 친유성 표면처리된 TiO2, 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate), 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드, 세틸포스페이트, 프로필렌글리콜, 에탄올, 소듐 아스코르빌 포스페이트, 디소듐 EDTA 및 정제수를 포함하는 TiO2 나노캡슐 조성물일 수 있다.At this time, the TiO2 nanocapsule composition is a lipophilic surface-treated TiO2, sucrose distearate, caprylic / capric triglycerides, cetyl phosphate, propylene glycol, ethanol, sodium ascorbyl phosphate, disodium EDTA And TiO 2 nanocapsule compositions comprising purified water.

상기 보조성분 중 특히 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드는 나노에멀션의 안정화용 오일로 사용된 것으로서, 이와 같은 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드(Caprylic/capric triglyceride)는 물에 대한 용해도가 낮고 친유성이 높은 오일이므로, 나노캡슐의 액적의 크기를 감소시켜 안정도를 향상시킬 수 있게 된다[Kang, et al., 2003]. Among the auxiliary components, caprylic / capric triglycerides are used as stabilizing oils for nanoemulsions, and such caprylic / capric triglycerides have low solubility in water and are lipophilic. Since this oil is high, it is possible to improve the stability by reducing the size of the droplets of the nanocapsules [Kang, et al., 2003].

나아가, 본 발명은 정제수, 항산화제 및 킬레이팅제를 포함하는 나노캡슐용 수상성분과 계면활성제 및 보조유화제를 포함하는 나노캡슐용 유상성분 각각을 65~75℃의 온도까지 가온 융해한 후, 상기 융해된 나노캡슐용 수상성분에 나노캡슐용 유상성분을 첨가하고 호모믹서로 교반하는 1차 전처리 유화단계; 상기 1차 전처리 유화액에 TiO2를 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드에 현탁시킨 TiO2 현탁액을 첨가한 후, 호모믹서로 교반하는 2차 전처리 유화 단계;및 상기 2차 전처리 유화액을 고압호모게나이저를 사용하여 캡슐화 및 냉각하는 단계를 포함하는 TiO2 나노캡슐의 제조방법을 제공한다.Furthermore, the present invention after melting and melting each of the aqueous phase component for nanocapsules containing purified water, antioxidant and chelating agent and the oil phase component for nanocapsules including surfactant and co-emulsifier to a temperature of 65 ~ 75 ℃, A first pretreatment emulsifying step of adding an oil phase component for nanocapsules to a melted nanocapsule aqueous phase component and stirring with a homomixer; A second pretreatment emulsification step of adding TiO2 suspension in which TiO2 is suspended in caprylic / capric triglyceride to the first pretreatment emulsion and then stirring with a homomixer; and using the high pressure homogenizer as the second pretreatment emulsion It provides a method for producing TiO 2 nanocapsules comprising the step of encapsulation and cooling.

본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 제조는 특히 고압호모게나이저(high pressure homogenizer)의 일종인 마이크로플루다이저(Microfluidizer, MF)를 사용하는 것이 바람직하며, 이와 같이 마이크로플루다이저를 사용할 경우, 나노캡슐 크 기를 작고 균일하게 하여 분산안정화를 증대시킬 수 있게 된다. In the preparation of the TiO2 nanocapsules according to the present invention, it is particularly preferable to use a microfluidizer (MF), which is a kind of a high pressure homogenizer, and when using the microfluidizer, the nano It is possible to increase the dispersion stability by making the capsule size small and uniform.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이에 따라 본 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니며, 단지 하나의 예시로 제시된 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. However, the scope of the present invention is not determined accordingly, but is presented by way of example only.

<< 실시예Example >>

<< 실시예Example 1 내지 4,  1 to 4, 비교예Comparative example 1 내지 8>  1 to 8 TiO2TiO2 나노캡슐의 제조  Preparation of Nanocapsules

(1) (One) TiO2TiO2 시료 sample

본 실시예 및 비교예에서 사용한 TiO2는 친수성 또는 친유성으로 표면처리된 것으로 하기 표 1에 나타내었다. 모두 일본 Tayca사 제품으로 입자크기는 10~15nm이고 결정구조는 모두 루틸(rutile)이다. 사용한 TiO2는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 그 유형에 따라 A, B, C, D로 표기하기로 한다.TiO 2 used in this example and the comparative example was surface-treated as hydrophilic or lipophilic, and is shown in Table 1 below. All are manufactured by Tayca, Japan, and the particle size is 10-15 nm, and the crystal structure is all rutile. TiO 2 used will be referred to as A, B, C, D according to the type as shown in Table 1 below.

상품명product name MT-150EX (A)MT-150EX (A) MT-100TV (B)MT-100TV (B) MT-01 (C)MT-01 (C) MT-100AQ (D)MT-100AQ (D) 입자크기(nm)Particle size (nm) 1515 1515 1010 1515 표면특성Surface characteristics 친유성Lipophilic 친유성Lipophilic 친유성Lipophilic 친수성Hydrophilic 표면처리Surface treatment 수산화알루미늄/이소스테아린산Aluminum hydroxide / isostearic acid 수산화알루미늄/알루미늄스테아레이트Aluminum hydroxide / aluminum stearate 수산화알루미늄/스테아린산Aluminum Hydroxide / Stearic Acid 수산화알루미늄/수화실리카/ 알긴산Aluminum Hydroxide / Hydrated Silica / Alginic Acid 이산화티탄(TiO2) 함량(%)Titanium Dioxide (TiO2) Content (%) 7878 8383 7373 7474

(2) (2) TiO2TiO2 나노캡슐의 계면활성제 시료Nanocapsule Sample of Surfactant

TiO2 나노캡슐을 만들기 위해 주성분인 나노캡슐의 계면활성제로 3종류를 사용하였으며 하기 표 2에 나타내었다. 사용한 계면활성제는 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 그 유형에 따라 I, II, III으로 표기하기로 한다.In order to make TiO 2 nanocapsules, three types of surfactants were used as surfactants, the main component of which is shown in Table 2 below. The surfactants used will be designated as I, II, III according to the type as shown in Table 2 below.

구분division Lecithin base (I)Lecithin base (I) Sugar base (II)Sugar base (II) NSV base (III)NSV base (III) 주성분chief ingredient hydrogenated lecithinhydrogenated lecithin sucrose distearatesucrose distearate Brassica campestris(rapeseed) sterols PEG-5 rapeseed sterol ceteth-3 ceteth-5 cholesterolBrassica campestris (rapeseed) sterols PEG-5 rapeseed sterol ceteth-3 ceteth-5 cholesterol 특성characteristic amphotericamphoteric nonionicnonionic nonionicnonionic 상품명product name LIPOID S75-3LIPOID S75-3 Cosmelike S-50Cosmelike S-50 NSVNSV 제조사manufacturer LIPOID GmbH, GermanyLIPOID GmbH, Germany Croda, UKCroda, UK H&A Pharmachem, KoreaH & A Pharmachem, Korea

(3) (3) TiO2TiO2 나노캡슐용 보조성분들 Supplementary Ingredients for Nanocapsules

TiO2 나노캡슐의 보조성분으로는 보조유화제로서 세틸포스페이트(Amphisol A, Roche, Switzerland), 유화안정제 및 보습제로서 글리세린(Prisorine9091, Uniqema, UK), PG(PG-USP, SK OXICHEMICAL, Korea), 에탄올(Union carbide, USA), 유화안정제로서 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드(TCG-M, Kokyu Alcohol Kogyo, Japan)를 사용하였다. 또한, 항산화제로서 소듐아스코르빌포스페이트(sodium ascorbyl phosphate, BASF, Germany), 방부제로서 메칠파라벤(methylparaben, Clariant Co., Germany)을 사용하였고, 킬레이팅제로 디소듐 EDTA(Clewat N2, Nagase Chemtex Corp.,Japan)를 사용하였으며, 물은 탈이온 처리한 정제수를 사용하였다.Of TiO2 nanocapsules Auxiliary ingredients include cetylphosphate (Amphisol A, Roche, Switzerland) as an auxiliary emulsifier, glycerin (Prisorine9091, Uniqema, UK), emulsifiers and moisturizers, PG (PG-USP, SK OXICHEMICAL, Korea), ethanol (Union carbide, USA) ), Caprylic / capric triglyceride (TCG-M, Kokyu Alcohol Kogyo, Japan) was used as an emulsifier. In addition, sodium ascorbyl phosphate (BASF, Germany) was used as an antioxidant, methylparaben (Clericant Co., Germany) was used as a preservative, and disodium EDTA (Clewat N2, Nagase Chemtex Corp.) was used as a chelating agent. , Japan), and deionized purified water was used.

(4) (4) TiO2TiO2 나노캡슐 조성물 Nanocapsules Composition

상기 표 1과 같이 친수성으로 표면처리한 TiO2 1종과 친유성으로 표면처리한 TiO2 3종의 시료, 상기 표 2에 표시한 것과 같이 3 종류의 계면활성제 베이스를 조합하여 하기 표 3과 같이 총 12가지의 TiO2 나노캡슐 조성물 시료를 준비하였다.As shown in Table 1, a combination of three types of TiO2 surface-treated with hydrophilicity and three types of TiO2 surface-treated with lipophilic, and three types of surfactant bases as shown in Table 2 were used. A sample of TiO 2 nanocapsule composition was prepared.

Figure 112008009628546-pat00001
Figure 112008009628546-pat00001

(5) (5) TiO2TiO2 나노캡슐의 제조 Preparation of Nanocapsules

상기 표 3에서의 총 12가지 나노캡슐 조성물에 대하여 각각 하기와 같은 방법으로 TiO2 나노캡슐을 제조하였다. 도 1은 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 제조공정도이고, 도 2는 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 제조과정을 개략적으로 나타낸 그림이다.TiO 2 nanocapsules were prepared in the following manners for the total 12 nanocapsule compositions in Table 3, respectively. 1 is a manufacturing process diagram of the TiO2 nanocapsules according to the present invention, Figure 2 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the TiO2 nanocapsules according to the present invention.

먼저 (W)상과 (O)상을 수조에서 각각 70±5℃까지 가온하여 저어주면서 융해시킨다. (W)상에 (O)상을 넣고 호모믹서(T.K. Auto Homomixer, Tokushukika kogyo, Japan)를 사용하여 2,000rpm, 3분간 교반 후 70℃에서 TiO2 현탁액인 (S)상을 첨가하여 2,000rpm, 3분간 추가 교반하여 전처리유화(preemulsion)를 행하였다. 이것을 고압 호모게나이저(Microfluidizer M110F, Microfluidics Corp., USA)를 사용하여 압력 1,000bar 하에서 5회 통과시켜 나노캡슐을 만들고 30℃까지 서서히 냉각하였다. First, phase (W) and phase (O) are melted in a water bath by stirring to 70 ± 5 ℃. Put (O) phase on (W) and 2,000 rpm using a homo mixer (TK Auto Homomixer, Tokushukika kogyo, Japan) for 3 minutes, and add (S) phase, TiO2 suspension at 70 ℃, 2,000rpm, 3 The mixture was further stirred for a minute to preemulsion. This was passed five times under a pressure of 1,000 bar using a high pressure homogenizer (Microfluidizer M110F, Microfluidics Corp., USA) to make nanocapsules and slowly cool down to 30 ° C.

상기와 같이 제조된 총 12가지 TiO2 나노캡슐을 이하에서 편의상 각각 MA-I(실시예 1), MA-II(실시예 2), MA-III(비교예 1), MB-I(실시예 3), MB-II(실시예 4), MB-III(비교예 2), MC-I(비교예 3), MC-II(비교예 4), MC-III(비교예 5), MD-I(비교예 6), MD-II(비교예 7), MD-III(비교예 8)으로 표기하기로 한다(표 4 참조). A total of 12 TiO 2 nanocapsules prepared as described above were MA-I (Example 1), MA-II (Example 2), MA-III (Comparative Example 1), and MB-I (Example 3) for convenience. ), MB-II (Example 4), MB-III (Comparative Example 2), MC-I (Comparative Example 3), MC-II (Comparative Example 4), MC-III (Comparative Example 5), MD-I (Comparative Example 6), MD-II (Comparative Example 7), MD-III (Comparative Example 8) will be described (see Table 4).

구분division Lecithin base (I)Lecithin base (I) Sugar base (II)Sugar base (II) NSV base (III)NSV base (III) Ti-ATi-A MA-I (실시예 1)MA-I (Example 1) MA-II (실시예 2)MA-II (Example 2) MS-III (비교예 1)MS-III (Comparative Example 1) Ti-BTi-B MB-I (실시예 3)MB-I (Example 3) MB-II (실시예 4)MB-II (Example 4) MB-III (비교예 2)MB-III (Comparative Example 2) Ti-CTi-C MC-I (비교예 3)MC-I (Comparative Example 3) MC-II (비교예 4)MC-II (Comparative Example 4) MC-III (비교예 5)MC-III (Comparative Example 5) Ti-DTi-D MD-I (비교예 6)MD-I (Comparative Example 6) MD-II (비교예 7)MD-II (Comparative Example 7) MD-III (비교예 8)MD-III (Comparative Example 8)

<< 실험예Experimental Example 1>  1> TiO2TiO2 나노캡슐의 형성 여부, 형태 및 분포 상태 확인 실험 Experiment to confirm the formation, form and distribution of nanocapsules

본 발명에 의한 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐의 형성 여부, 형태 및 분포 상태 확인을 위해 cryo-SEM(Hitach S-4700, Hitachi, Japan), WET SEM(VEGA II LMU with WET SEM, TESCAN, Czech Republic)과 TEM(JEM-2010, JEOL Ltd., Japan)을 사용하였다.In order to confirm the formation, form and distribution of TiO2 nanocapsules prepared according to the embodiment of the present invention, cryo-SEM (Hitach S-4700, Hitachi, Japan), WET SEM (VEGA II LMU with WET SEM, TESCAN, Czech Republic) and TEM (JEM-2010, JEOL Ltd., Japan) were used.

(1) (One) cryocryo -- SEMSEM 에 의한 관찰 Observation by

우선, TiO2 나노캡슐의 형성여부 및 분포를 확인하기 위하여 cryo-SEM으로 관찰하였다. First, cryo-SEM was observed to confirm the formation and distribution of TiO2 nanocapsules.

Cryo-SEM 촬영을 위한 전처리는 다음과 같이 하였다. 에멀션 상태의 시료를 동결할단하여 주사전자현미경으로 관찰하기 위해 시료를 구리로 된 시료 캐리어(specimen carrier)에 고정하고, 젯프리저(Jet Freezer)(VAL-TEC JFD030, Liechtenstein)를 이용하여 -180℃의 액체프로판으로 급속동결 후, 모듈러 하이 베큠 코팅시스템(modular high vacuum coating system)(VAL-TEC MED020, Liechtenstein)을 이용하여 -120℃ 상에서 동결할단 하고, Pt로 2분간 이온 증착하였다. 전처리가 완료된 시료는 쿨링 스테이지(cooling stage)가 장착되어 있는 주사전자현미경(Hitachi S-4700, Japan)으로 가속전압 10 ㎸상에서 관찰하였다.Pretreatment for Cryo-SEM imaging was as follows. In order to freeze the emulsion sample and observe it with a scanning electron microscope, the sample was fixed to a copper sample carrier and -180 using a Jet Freezer (VAL-TEC JFD030, Liechtenstein). After rapid freezing with a liquid propane at 캜, freezing was performed at -120 캜 using a modular high vacuum coating system (VAL-TEC MED020, Liechtenstein) and ion-deposited with Pt for 2 minutes. The pretreated sample was observed at an acceleration voltage of 10 kV by a scanning electron microscope (Hitachi S-4700, Japan) equipped with a cooling stage.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-I)의 5,000배 SEM 이미지 사진을 보여준다. 도 5의 SEM사진을 보면, TiO2 나노캡슐이 형성되었음을 확인할 수 있다. 0.1~1㎛ 정도의 구가 TiO2 나노캡슐이며, TiO2가 캡슐 안에 위치함으로써 안정화가 이루어진 것으로 추정된다.Figure 5 shows a 5,000-fold SEM image of the TiO2 nanocapsules (MA-I) prepared by an embodiment of the present invention. Looking at the SEM photograph of Figure 5, it can be seen that the TiO2 nanocapsules are formed. Spheres of about 0.1-1 μm are TiO2 nanocapsules, and it is assumed that stabilization is achieved by TiO2 being placed in the capsule.

도 5의 SEM 사진으로부터, 본 발명에 의한 TiO2 나노 캡슐의 형성을 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 그 분산상 또한 균일함을 확인할 수 있다.From the SEM photograph of FIG. 5, not only the formation of the TiO 2 nanocapsules according to the present invention can be confirmed, but also the dispersion phase thereof can be confirmed to be uniform.

(2) (2) WETSEMWETSEM 에 의한 관찰Observation by

다음으로, TiO2 나노캡슐의 형성여부 및 분포를 확인하기 위하여 WETSEM을 이용하여 관찰하였다. WETSEM은 WETSEM용 검출기(detector)를 SEM에 연결하여 촬영하는 습식주사현미경이다. 이것은 건조시킬 수 없는 물질을 가진 습식시료에 대하여 저진공반사전자법으로 촬영하여 분석에 이용하며, 시료의 표면 절단, 동결, 코팅 등의 시료를 전처리하는 공정이나 시간이 불필요하다. 본 연구에서는 후방산란전자검출기(back scattered electron(BSE) detector)를 사용하였으며, 배율은 20 K이고, 가속전압은 15 ㎸이다.Next, it was observed using WETSEM to confirm the formation and distribution of TiO2 nanocapsules. WETSEM is a wet scanning microscope that connects a detector for WETSEM to a SEM. It is used for analysis by taking a low vacuum reflection electron method for a wet sample having a material that cannot be dried, and a process or time for pretreating a sample such as surface cutting, freezing, coating, etc. of the sample is unnecessary. In this study, a back scattered electron (BSE) detector was used. The magnification was 20 K and the acceleration voltage was 15 mA.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-II)의 WETSEM에 의한 20,000배 SEM 이미지 사진이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MB-II)의 WETSEM에 의한 20,000배 SEM 이미지 사진이다.Figure 6 is a 20,000-time SEM image photograph of the TiO2 nanocapsules (MA-II) prepared by WETSEM according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is TiO2 nanocapsules (MB) prepared according to an embodiment of the present invention -2) SEM image of 20,000 times by WETSEM.

도 6에서 MA-II는 아주 균일한데 이것은 캡슐화에 이용한 수크로스계 계면활성제의 작용과 TiO2 표면처리에 사용한 이소스테아린산(isostearic acid)이 유화나 계면활성작용의 보조역할을 하여 더 균일화된 것으로 추측된다.In Fig. 6, MA-II is very uniform, which is thought to be more homogeneous by the action of sucrose-based surfactants used for encapsulation and isostearic acid used for TiO2 surface treatment as an auxiliary role for emulsification or surfactant action. .

또, 도 7에서 MB-II는 균일하면서 입자가 일부 모여 있는 것이 보인다. 이것은 MB-II의 표면처리에 사용한 알루미늄 스테아레이트(aluminum stearate)의 점도를 증가시키는 성질 때문에 캡슐 외부에 영향을 주었다고 생각할 수 있다. 즉, 표면처리에 사용한 물질들의 성질이 캡슐의 외상(外狀)에 영향을 준다는 사실은 캡슐구조가 내상과 외상의 물질이 서로 상호작용하여 평형이 이루어져 더 안정화될 수 있는 라멜라 구조임을 말해준다. In addition, in FIG. 7, MB-II is uniform and some particle | grains are seen. This may be considered to have influenced the outside of the capsule due to the property of increasing the viscosity of aluminum stearate used for the surface treatment of MB-II. That is, the fact that the properties of the materials used for the surface treatment affects the trauma of the capsule indicates that the capsule structure is a lamellar structure that can be stabilized by the equilibrium between the inner and the trauma materials.

도 6과 도 7을 자세히 보면, 캡슐의 중앙에 불투명한 핵과 외곽에 반투명한 층이 보인다. 불투명한 중앙에는 TiO2가 있고, 반투명한 층은 라멜라층으로 추측된다.6 and 7, the opaque nucleus in the center of the capsule and the translucent layer on the periphery can be seen. In the middle of the opaque is TiO2, the translucent layer is assumed to be a lamellar layer.

결과적으로, 도 6 및 도 7로부터, 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐이 잘 형성되었음과 이들이 균일한 분포를 보임을 확인할 수 있다.As a result, it can be seen from FIG. 6 and FIG. 7 that the TiO 2 nanocapsules according to the present invention were well formed and they showed a uniform distribution.

(3) (3) TEMTEM 에 의한 관찰Observation by

마지막으로, TiO2의 분포 형태를 확인하기 위하여 TEM으로 관찰을 시도하였다. TEM 촬영을 위한 전처리는 먼저 시료와 99.99% GR급 에탄올을 1:10으로 넣고 희석하여 이 액상을 카본 코팅(carbon coating)이 된 그리드(grid)에 코팅하고 3~4시간 충분히 상온에서 건조하여 준비된 시료의 TEM을 촬영하였다. 이때 현미경의 배율은 90~300 K이고 가속전압은 200 ㎸이다.Finally, observation was made by TEM to confirm the distribution form of TiO2. The pretreatment for TEM imaging was first prepared by diluting the sample and 99.99% GR ethanol at 1:10 and coating the liquid on a carbon coated grid and drying at room temperature for 3 to 4 hours. TEM of the sample was taken. At this time, the magnification of the microscope is 90-300 K and the acceleration voltage is 200 kW.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-I)의 90,000배 TEM 이미지 사진이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-I)의 300,000배 TEM 이미지 사진이다.3 is a 90,000-fold TEM image photograph of TiO 2 nanocapsules (MA-I) prepared according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is TiO 2 nanocapsules (MA-I) prepared according to an embodiment of the present invention. 300,000 times of TEM image picture.

도 3 및 도 4로부터, 10~15㎚의 편상 TiO2 입자 수십~수백 개가 응집하여 200~500㎚ 정도 크기의 2차 입자로 존재함을 확인할 수 있다.3 and 4, it can be seen that dozens to hundreds of 10-15 nm flaky TiO2 particles aggregate and exist as secondary particles having a size of about 200-500 nm.

<< 실험예Experimental Example 2> 제형( 2> Formulation ( 劑型劑型 ) 안정성 실험Stability experiment

(1) 성상 관찰 실험 1(1) constellation observation experiment 1

상기 실시예 및 비교예에 의해서 제조된 12가지 TiO2 나노캡슐에 대하여, 72시간 경과 후의 성상 관찰 실험을 실시하였으며, 그 결과를 하기 표 5로 나타내었다. 이때, 실온(암실) 및 25℃의 관찰시료(표준시료)와 비교하여 성상 변화가 없을 때에는 good or pass(○)로 표시하고, 세밀한 성상변화(pH, 점도변화, 색상, 향, 침전 등)가 1 가지 이하이면서 시료의 불안정성과는 관계가 없는 상태를 normal(△)로 표시하였다. 또 뚜렷한 성상변화(급격한 pH변화, 점도변화, 침전, 상분리 등)가 1가지 이하이면서 시료의 불안정성과는 관계가 없는 상태를 not bad(▲)로 표시하였고, 시료의 성상이 불안정한 상태를 bad(×)로 나타내었다.Twelve TiO 2 nanocapsules prepared according to the above Examples and Comparative Examples were carried out after 72 hours of observation, and the results are shown in Table 5 below. At this time, when there is no change in properties compared to the room temperature (dark room) and the observation sample (standard sample) at 25 ° C, it is indicated by good or pass (○), and fine property changes (pH, viscosity change, color, fragrance, precipitation, etc.) Is one or less and a state that is not related to the instability of the sample is represented by normal (△). In addition, there was not more than one distinct property change (rapid pH change, viscosity change, precipitation, phase separation, etc.) and not related to sample instability as not bad (▲). X).

Figure 112008009628546-pat00002
Figure 112008009628546-pat00002

제조 72시간 경과 후의 성상 관찰 결과, MA-I, MA-II > MA-III, MB-I, MB-II > MB-III > MC-I ≫ MC-II, MC-III, MD-I, MD-II, MD-III 순으로 안정성이 양호함을 확인할 수 있었다. 또한, 친수성 TiO2로 제조한 MD-I, MD-II 및 MD-III는 모두 24시간 경과 후 응집되어 서로 엉기는 현상을 쉽게 관찰할 수 있었다. 따라서 친수성 TiO2는 안정한 나노캡슐을 제조하는데 적당하지 않음을 알 수 있다. As a result of appearance observation after 72 hours of manufacture, MA-I, MA-II> MA-III, MB-I, MB-II> MB-III> MC-I '' MC-II, MC-III, MD-I, MD -II, MD-III was confirmed that the stability is good. In addition, MD-I, MD-II, and MD-III prepared with hydrophilic TiO2 were all aggregated after 24 hours and easily observed to be entangled with each other. Therefore, it can be seen that hydrophilic TiO 2 is not suitable for preparing stable nanocapsules.

또한, 입자크기가 10㎚인 친유성의 TiO2로 제조한 MC-I, MC-II, MC-III는 MA나 MB에 비해서 점도는 높았고, 광학현미경으로 응집되거나 불균일한 분산상을 확인할 수 있었다. In addition, MC-I, MC-II, and MC-III made of lipophilic TiO 2 having a particle size of 10 nm had a higher viscosity than MA or MB, and were able to identify a dispersed phase that was aggregated or uneven by an optical microscope.

상기 결과로부터, 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 제조에서 친수성보다는 친유성 표면처리된 TiO2를 사용하는 것이 안정성의 측면에서 바람직하며, 친유성 표면처리된 TiO2 중에서도 특히 이소스테아린산(isostearic acid) 또는 알루미늄스테아레이트(aluminum stearate)를 포함하는 표면처리제에 의하여 표면처리된 것이 바람직함을 확인할 수 있다.From the above results, in the preparation of the TiO2 nanocapsules according to the present invention, it is preferable to use lipophilic surface-treated TiO2 rather than hydrophilic in terms of stability. Among the lipophilic surface-treated TiO2, isostearic acid or aluminum stearate is particularly preferred. It can be seen that surface treatment with a surface treatment agent containing aluminum stearate is preferable.

(2) 성상 관찰 실험 2(2) Appearance Observation Experiment 2

TiO2 나노캡슐의 경시변화를 관찰하기 위하여 안정성 테스트용 샘플병에 시료를 30ml씩 6개씩을 취하여, 각각 실온(암실), 4℃, 25℃, 45℃의 인큐베이터(incubator)에 넣은 것과 온도순환을 시킨 것을 각각 1일, 3일, 5일, 7일, 10일, 21일, 31일 및 60일로 간격을 두어 그 상태를 관찰하였고, -10℃에서는 10일간 관찰하였다. 온도순환은 45℃, 실온, 4℃, 실온 순서로 반복, 진행하였으며 각 온도에서 24 시간 유지하였다. 매 기간별로 pH 및 점도를 측정하여 시간 경과에 따른 나노캡슐의 안정성, 즉, 상태변화를 확인하였다. 자외선시험기를 통하여 4시간 및 8시간 경과 후 TiO2 나노캡슐의 변색 유무를 육안으로 판정하였다. 또한, 입자분석기를 사용하여 1주, 3주, 5주마다 입자의 크기 및 분포를 측정하고 그 변화를 통하여 안정성을 평가하였다.To observe the change over time of TiO2 nanocapsules, take 6 samples of 30 ml each in a sample bottle for stability test, and place them in an incubator at room temperature (dark), 4 ° C, 25 ° C, and 45 ° C, respectively, and perform temperature cycling. The conditions were observed at intervals of 1 day, 3 days, 5 days, 7 days, 10 days, 21 days, 31 days, and 60 days, respectively, and 10 days at -10 ° C. The temperature cycle was repeated at 45 ° C., room temperature, 4 ° C., and room temperature in order and maintained at each temperature for 24 hours. PH and viscosity were measured every period to determine the stability of the nanocapsule, that is, the state change over time. After 4 hours and 8 hours, the discoloration of the TiO 2 nanocapsules was visually determined through an ultraviolet tester. In addition, using a particle analyzer to measure the size and distribution of the particles every 1, 3, 5 weeks and evaluated the stability through the change.

실온(암실) 및 25℃의 관찰시료(표준시료)와 비교하여 성상변화가 없을 때에는 good or pass(○)로 표시하고, 세밀한 성상변화(pH, 점도변화, 색상, 향, 침전 등)가 1 가지 이하이면서 시료의 불안정성과는 관계가 없는 상태를 normal(△)로 표시하였다. 또 뚜렷한 성상변화(급격한 pH변화, 점도변화, 침전, 상분리 등)가 1가지 이하이면서 시료의 불안정성과는 관계가 없는 상태를 not bad(▲)로 표시하였고, 시료의 성상이 불안정한 상태를 bad(×)로 나타내었다.When there is no change in properties compared to the observed samples at room temperature (dark room) and 25 ° C (standard sample), it is indicated as good or pass (○), and fine property changes (pH, viscosity change, color, fragrance, precipitation, etc.) are 1 The state which is less than the branch and is not related to the instability of the sample is represented by normal (△). In addition, there was not more than one distinct property change (rapid pH change, viscosity change, precipitation, phase separation, etc.) and not related to sample instability as not bad (▲). X).

하기 표 6은 MA-I 나노캡슐의 안정성 테스트(경시변화) 결과를 나타낸 것이다.Table 6 shows the results of the stability test (time change) of the MA-I nanocapsules.

Figure 112008009628546-pat00003
Figure 112008009628546-pat00003

MA-I은 점도가 거의 없는 액상으로 -10℃에서는 냄새, 색상, 성상 및 pH의 변화가 거의 없었다. 4℃, 25℃, cycle에서의 시료는 3주 후부터 TiO2 나노캡슐이 비중이 높아 조금씩 가라앉기 시작하였고, 45℃에서는 1주 후부터 가라앉기 시작하였다. 그러나 두 상의 비중이 달라서 분산상이 침강 또는 부상되는 경우에는 가역적이므로[Quack et al., 1976], normal(△)이나 not bad(▲)의 상태가 되더라도 약간의 전단력(shear stress)을 주거나 흔들면 다시 안정한 에멀션으로 되는 것을 관찰할 수 있었다. 4℃, 25℃, 45℃ 및 cycle에서 냄새, 색상, 성상 및 pH의 변화가 거의 없었다. MA-I is a liquid with almost no viscosity. At -10 ℃, there was little change in smell, color, appearance and pH. Samples at 4 ° C, 25 ° C, and cycle began to sink slightly after 3 weeks due to the high specific gravity of TiO2 nanocapsules, and began to sink after 1 week at 45 ° C. However, if the dispersed phase is settled or injured due to the different gravity of the two phases (Quack et al., 1976), even if it is normal (△) or not bad (▲), even if a small shear stress or shake is applied again. It was observed to be a stable emulsion. There was little change in odor, color, appearance and pH at 4 ° C, 25 ° C, 45 ° C and cycle.

상기 결과로부터, 본 발명에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐이 시간의 경과에도 높은 안정성을 나타냄을 확인할 수 있다. From the above results, produced by the present invention It can be seen that the TiO 2 nanocapsules show high stability over time.

(3) 시간의 경과에 따른 (3) over time TiO2TiO2 나노캡슐의 크기와 분포 측정 실험 Measurement of the size and distribution of nanocapsules

시간의 경과에 따른 TiO2 나노캡슐의 크기와 분포를 관찰하였다. 1,000㎚ 이하의 평균입자크기(mean particle size) 및 입자분포를 측정하고자 레이저 회절(laser diffraction)을 이용하였다. 측정 장치로는 매스터사이저 마이크로(Mastersizer Micro)(MALVERN Instruments, UK)를 사용하였다. 측정시료 0.5 ㎖를 증류수 500 ㎖로 희석하여 사용하였다.The size and distribution of TiO2 nanocapsules were observed over time. Laser diffraction was used to measure mean particle size and particle distribution of less than 1,000 nm. Mastersizer Micro (MALVERN Instruments, UK) was used as a measuring device. 0.5 ml of the sample was diluted with 500 ml of distilled water.

도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐의 시간의 경과에 따른 TiO2 나노캡슐의 평균 입자 크기의 변화를 보여주는 그래프이다. 도 8에서와 같이, 1일, 1주, 3주, 5주에서 나노캡슐의 평균 크기를 측정하였다. 시간이 경과함에 따라 TiO2 나노캡슐의 크기가 서서히 커졌는데 크기에 따라 대략 세 그룹으로 나눌 수 있다. Figure 8 is a graph showing the change in the average particle size of TiO2 nanocapsules over time of the TiO2 nanocapsules prepared by Examples and Comparative Examples of the present invention. As shown in Figure 8, the average size of the nanocapsules were measured at 1 day, 1 week, 3 weeks, 5 weeks. Over time, TiO2 nanocapsules gradually grew in size, which can be roughly divided into three groups.

첫째 그룹인 입자가 가장 작은 그룹에서 MA-I는 1주 동안 400 ㎚에서 680 ㎚로 70 %가 증가하였다. MA-II는 410 ㎚에서 650 ㎚로 59 %의 증가를 보였으며, MA-III는 420 ㎚에서 970 ㎚로 131 % 증가하여 MA 중에서는 가장 높은 증가를 보였다. 같은 기간 중 MB-I은 420 ㎚에서 760 ㎚로 81 % 증가하였으며, MB-II는 400 ㎚에서 570 ㎚로 43 %가 증가하였고, MB-III는 400 ㎚에서 830 ㎚로 108 % 증가하여 MB중 입자크기의 변화가 가장 높았다. MC-I은 430 ㎚에서 1,030 ㎚로 140 %로 크게 증가하였다. In the first group, the smallest group, MA-I increased 70% from 400 nm to 680 nm for one week. MA-II showed a 59% increase from 410 nm to 650 nm, and MA-III showed a 131% increase from 420 nm to 970 nm, the highest increase among MA. In the same period, MB-I increased 81% from 420 nm to 760 nm, MB-II increased 43% from 400 nm to 570 nm, and MB-III increased 108% from 400 nm to 830 nm. The change in particle size was the highest. MC-I increased significantly from 430 nm to 1,030 nm to 140%.

두 번째 그룹에 속하는 MD-I, MD-II, MD-III은 1주 사이에 입자크기가 1.24~4.23㎛로 컸으며, 처음부터 응집현상이 보였다. 세 번째 그룹인 MC-II와 MC-III는 218~247㎛로 가장 큰 입자 크기를 보였다. 이것은 친유성으로 표면처리 했을 때부터 TiO2 2차 입자가 응집되었고 이로 인하여 MC 시리즈는 나노캡슐입자가 큰 것으로 추측된다.MD-I, MD-II, and MD-III belonging to the second group had a large particle size of 1.24 ~ 4.23㎛ in one week, and showed aggregation phenomenon from the beginning. The third group, MC-II and MC-III, had the largest particle size of 218 ~ 247㎛. It is assumed that TiO2 secondary particles were aggregated from the surface treatment with lipophilic, and the MC series is thought to have large nanocapsule particles.

도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐의 제조 1주 후의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing the particle size distribution one week after the preparation of TiO 2 nanocapsules prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

수산화알루미늄(Aluminium hydroxide), 수화 실리카(hydrated silica) 및 알긴산(alginic acid)으로 표면처리한 친수성 TiO2인 MD의 분포가 가장 넓게 퍼져있음을 볼 수 있는데(10~12번), 초기부터 응집을 보였던 MD의 평균 입자 크기가 가장 크며 균일하지 못함을 알 수 있다. 또한, 수산화알루미늄(aluminium hydroxide)와 스테아린산(stearic acid)으로 표면처리하고, 1차 입자가 10㎚인 MC의 경우도 입도가 넓게 분포되어 있으며, 도 9의 8)과 9)는 마지막 피크가 200㎛ 이상에서 나타났고 경시변화에서도 점도가 증가하였다. 따라서 MC시리즈는 TiO2 나노캡슐로는 적합하지 않았다. 도 9의 1)과 4)를 보면 수산화알루미늄(aluminium hydroxide)과 이소스테아린산(isostearic acid)으로 표면처리된 MA와 수산화알루미늄(aluminium hydroxide)과 알루미늄스테아레이트(aluminium stearate)로 표면처리된 MB는 퍼짐성이 작고, 좁게 분포하여 비교적 균일한 입자로 이루어져 있음을 알 수 있다.The most widespread distribution of MD, hydrophilic TiO2 surface-treated with aluminum hydroxide, hydrated silica, and alginic acid (10-12), showed agglomeration from the beginning. It can be seen that the average particle size of MD is the largest and uneven. In addition, the surface treatment with aluminum hydroxide and stearic acid, and even in the case of MC having a primary particle of 10nm, the particle size is widely distributed, the final peak of Figures 8) and 9) is 200 It appeared more than ㎛ and the viscosity increased with time. Therefore, MC series was not suitable as TiO2 nanocapsules. Referring to 1) and 4) of FIG. 9, the MBs surface-treated with aluminum hydroxide and isostearic acid and aluminum hydroxide and aluminum stearate are spreadable. It can be seen that this small, narrowly distributed and relatively uniform particle is composed.

또, 가로방향으로 그래프를 보면 같은 종류의 TiO2에 대해 캡슐화에 이용한 천연물-유래 계면활성제 종류에 따른 영향을 볼 수 있다. 계면활성제를 기준으로 볼 때, 레시친 베이스(lecithin base)가 가장 좋은 양상을 보인다. 그 중에서 MA와 MB가 입자가 가장 균일하다. 슈가 베이스(Sugar base)는 MA-II와 MB-II를 보면 비교적 균일하고 큰 입자가 일부 존재함을 알 수 있다. NSV 베이스(NSV base)의 경우는 레시친 베이스(lecithin base)나 슈가 베이스(sugar base)에 비해 입자 분포가 좀 더 넓게 형성되어 있다. 따라서 TiO2의 나노캡슐화에는 레시친 베이스(lecithin base)나 슈가 베이스(sugar base)가 거의 비슷하게 좋았다.In addition, when looking at the graph in the horizontal direction, the effect of the type of natural-derived surfactant used for encapsulation for the same type of TiO2 can be seen. Based on surfactants, lecithin bases show the best behavior. Among them, MA and MB are the most uniform particles. Sugar base can be seen that some of the particles are relatively uniform and large in the MA-II and MB-II. In the case of NSV base (NSV base), the particle distribution is wider than that of lecithin base or sugar base. Therefore, for the encapsulation of TiO2, the lecithin base and sugar base were almost equally good.

도 10은 12가지의 나노캡슐 시료 중, 비교적 안정한 MA-I, MA-II, MB-II, MC-I에 대하여 1주, 3주, 5주의 시간경과에 따른 입도분포곡선을 나타낸 것이다. 그래프를 보면 MA-I, MA-II 및 MB-II는 평균 입자가 커지면서, 피크가 오른쪽으로 약간 이동하였다. 5주의 MA-II와 MB-II는 큰 입자수가 증가하였다. MC-I의 경우 나노캡슐의 크기 변화는 거의 없었다.FIG. 10 shows particle size distribution curves of 1, 3, and 5 weeks with respect to MA-I, MA-II, MB-II, and MC-I which are relatively stable among 12 nanocapsule samples. In the graph, MA-I, MA-II and MB-II shifted the peak slightly to the right as the average particle grew larger. At 5 weeks, MA-II and MB-II had larger particle counts. In the case of MC-I, there was little change in the size of the nanocapsules.

상기 결과로부터, 본 발명의 실시예 1 내지 4에 의하여 제조된 나노캡슐이 비교예 1 내지 8에 의하여 제조된 나노캡슐에 비하여 입자가 균일하고, 시간의 경과에도 입자크기가 크게 변화하지 아니하여 안정함을 확인할 수 있다.From the above results, the nanocapsules prepared according to Examples 1 to 4 of the present invention are more stable than the nanocapsules prepared according to Comparative Examples 1 to 8, and the particle size does not change significantly over time. Can be confirmed.

<< 실험예Experimental Example 3>  3> TiO2TiO2 함량 측정 Content measurement

TiO2 나노캡슐 제조에 이용한 마이크로플루다이저(Microfluidizer)의 사용 중 TiO2 손실 여부를 확인하기 위하여 TiO2 함량을 측정하였다. 측정기기로는 ICP(ICP Ultima-II, Jovin-Yivon, France)를 사용하였다.TiO2 content was measured to determine whether TiO2 was lost during the use of a microfluidizer used to prepare TiO2 nanocapsules. ICP (ICP Ultima-II, Jovin-Yivon, France) was used as a measuring instrument.

하기 표 7의 측정 결과를 보면, TiO2는 제조 시 넣은 양(nominal TiO2함량)의 90~96%가 TiO2 나노캡슐 내에 있음을 확인할 수 있다. 이 결과는 식품의약품안전청 고시 제2007-44호의 TiO2 정량시험법 중 90%이상 함유한다는 규정에 적합하였다.Looking at the measurement results in Table 7, it can be seen that 90-96% of the amount (Timonal TiO 2 content) TiO 2 is put in the manufacturing process in the TiO 2 nanocapsules. This result complies with the provision of 90% or more of TiO2 quantitative test method of the Korea Food and Drug Administration Notice 2007-44.

Figure 112008009628546-pat00004
Figure 112008009628546-pat00004

상기 결과로부터, 본 발명에 의한 나노캡슐의 제조에도 불구하고, TiO2의 손실이 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있다.From the above results, it can be confirmed that despite the production of the nanocapsules according to the present invention, almost no loss of TiO2 occurs.

<< 실험예Experimental Example 4>  4> TiO2TiO2 나노캡슐의 자외선 차단 능력 측정 Measurement of UV protection ability of nanocapsules

자외선 영역에서의 TiO2 나노캡슐의 자외선 차단 능력을 확인하기 위해 자외선/가시광선/근적외선 분광광도계로 자외선을 조사하여 그 반사율(reflectance)을 측정하였다. 이때, 측정기기로는 자외선/가시광선/근적외선 분광광도계(UV/VIS/NIR spectrometer, Cary 5000, Varian, USA)를 사용하였다. In order to confirm the UV blocking ability of the TiO2 nanocapsules in the ultraviolet region, the ultraviolet ray was irradiated with an ultraviolet / visible / near infrared spectrophotometer to measure the reflectance. In this case, an ultraviolet / visible / near infrared spectrophotometer (UV / VIS / NIR spectrometer, Cary 5000, Varian, USA) was used.

도 11은 MA-II를 1~5주 동안 매주 자외선/가시광선/근적외선 분광광도계로 측정한 결과를 나타낸 것이다. MA-II는 370㎚ 이하에서는 85% 이상을 반사시켰고, 320㎚ 이하에서는 95% 이상으로 반사율이 높았다. Figure 11 shows the results of measuring the MA-II weekly ultraviolet / visible / near infrared spectrophotometer for 1 to 5 weeks. MA-II reflected 85% or more at 370 nm or less and had a high reflectance of 95% or more at 320 nm or less.

시간경과(1~5주)에 따른 차단 특성의 변화도 관찰하였는데 자외선 영역에서 차단효과는 거의 변화가 없었다.The change of blocking characteristics with time (1-5 weeks) was also observed, but the blocking effect was almost unchanged in the ultraviolet region.

나머지 TiO2 나노캡슐 시료에 대해서도 측정하였는데, 반사율과 그래프의 양상은 모두 비슷하였다. 자외선 반사율이 높다는 것은 자외선의 차단 효과가 그만큼 높다는 것을 나타낸다. 즉, 본 발명에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐은 생물학적 작용이 가장 강한 290~320㎚의 자외선에서의 차단 효과가 95% 이상이었고, TiO2를 나노캡슐화하여도 그 차단 특성은 그대로 유지하였다.The remaining TiO2 nanocapsule samples were also measured, and the reflectance and graph behavior were similar. The high ultraviolet reflectance indicates that the blocking effect of ultraviolet rays is so high. That is, the TiO 2 nanocapsules prepared according to the present invention had a blocking effect of 95% or more at ultraviolet rays of 290-320 nm having the strongest biological activity, and the blocking characteristics were maintained even when the TiO 2 was nanoencapsulated.

또한, 도 11에서 볼 수 있는 바와 같이 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 경우, 가시광선 영역(파장 400㎚ 이상)에서 반사율이 낮음을 확인할 수 있다. 즉, TiO2 나노캡슐이 그만큼 투명성이 높아 백탁 현상이 적고, 미적으로도 더 우수함을 알 수 있다.In addition, as can be seen in Figure 11 in the case of the TiO2 nanocapsules according to the present invention, it can be seen that the reflectance is low in the visible light region (wavelength 400nm or more). In other words, the TiO 2 nanocapsules have high transparency so that less turbidity and aesthetics are better.

도 1은 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 제조공정도이다.1 is a manufacturing process diagram of the TiO 2 nanocapsules according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 TiO2 나노캡슐의 제조과정을 개략적으로 나타낸 그림이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the manufacturing process of TiO2 nanocapsules according to the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-I)의 90,000배 TEM 이미지 사진이다.3 is a 90,000-fold TEM image photograph of TiO 2 nanocapsules (MA-I) prepared according to one embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-I)의 300,000배 TEM 이미지 사진이다.4 is a 300,000-fold TEM image photograph of TiO 2 nanocapsules (MA-I) prepared according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-I)의 5,000배 SEM 이미지 사진이다.Figure 5 is a 5,000-fold SEM image of the TiO2 nanocapsules (MA-I) prepared by an embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-II)의 WETSEM에 의한 20,000배 SEM 이미지 사진이다.6 is a 20,000-time SEM image photograph of the TiO 2 nanocapsules (MA-II) prepared by WETSEM according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MB-II)의 WETSEM에 의한 20,000배 SEM 이미지 사진이다.Figure 7 is a 20,000 times SEM image of the WETSEM of TiO2 nanocapsules (MB-II) prepared according to an embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐의 시간의 경과에 따른 TiO2 나노캡슐의 평균 입자 크기의 변화를 보여주는 그래프이다.Figure 8 is a graph showing the change in the average particle size of TiO2 nanocapsules over time of the TiO2 nanocapsules prepared by Examples and Comparative Examples of the present invention.

도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐의 제조 1주 후의 입자 크기 분포를 보여주는 그래프이다.9 is a graph showing the particle size distribution one week after the preparation of TiO 2 nanocapsules prepared according to Examples and Comparative Examples of the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐의 시간의 경과에 따른 입자 크기 분포의 변화를 보여주는 그래프이다.10 is a graph showing the change in particle size distribution over time of the TiO 2 nanocapsules prepared by Examples and Comparative Examples of the present invention.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 의하여 제조된 TiO2 나노캡슐(MA-II)의 시간의 경과에 따른 UV- 반사 스펙트럼의 변화를 보여주는 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing changes in UV-reflection spectrum over time of TiO 2 nanocapsules (MA-II) prepared according to an embodiment of the present invention.

Claims (6)

삭제delete 삭제delete 친유성 표면처리된 TiO2, 계면활성제, 보조유화제, 유화안정제, 항산화제, 킬레이팅제 및 정제수를 포함하는 조성물로서, 상기 계면활성제는 수소첨가 레시친 (hydrogenated lecithin) 또는 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate)을 포함하는 것인 TiO2 나노캡슐 조성물.A composition comprising a lipophilic surface treated TiO 2, a surfactant, an emulsifier, an emulsifier, an antioxidant, a chelating agent, and purified water, wherein the surfactant is hydrogenated lecithin or sucrose distearate. TiO2 nanocapsule composition comprising a. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 친유성 표면처리된 TiO2, 상기 계면활성제로서 수소첨가 레시친 (hydrogenated lecithin), 상기 보조유화제로서 세틸포스페이트, 상기 유화안정제로서 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드, 상기 항산화제로서 소듐 아스코르빌 포스페이트, 상기 킬레이팅제로서 디소듐 EDTA 및 정제수를 포함하고, 이에 더하여 유화안정 및 보습성분으로서 글리세린 및 에탄올을 추가로 포함하는, TiO2 나노캡슐 조성물. Lipophilic surface-treated TiO2, hydrogenated lecithin as the surfactant, cetylphosphate as the co-emulsifier, caprylic / capric triglyceride as the emulsifier, sodium ascorbyl phosphate as the antioxidant, TiSO2 nanocapsule composition comprising disodium EDTA and purified water as chelating agent, and further comprising glycerin and ethanol as emulsion stabilizing and moisturizing ingredients. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 친유성 표면처리된 TiO2, 상기 계면활성제로서 수크로스 디스테아린산(sucrose distearate), 상기 보조유화제로서 세틸포스페이트, 상기 유화안정제로서 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드, 상기 항산화제로서 소듐 아스코르빌 포스페이트, 상기 킬레이팅제로서 디소듐 EDTA 및 정제수를 포함하고, 이에 더하여 유화안정 및 보습성분으로서 프로필렌글리콜 및 에탄올을 추가로 포함하는, TiO2 나노캡슐 조성물. Lipophilic surface-treated TiO2, sucrose distearate as the surfactant, cetylphosphate as the co-emulsifier, caprylic / capric triglyceride as the emulsifier, sodium ascorbyl phosphate as the antioxidant, TiSO2 nanocapsule composition comprising disodium EDTA and purified water as the chelating agent, and further comprising propylene glycol and ethanol as the emulsion stability and moisturizing component. 정제수, 항산화제 및 킬레이팅제를 포함하는 나노캡슐용 수상성분과 계면활성제 및 보조유화제를 포함하는 나노캡슐용 유상성분 각각을 65~75℃의 온도까지 가온 융해한 후, 상기 융해된 나노캡슐용 수상성분에 나노캡슐용 유상성분을 첨가하고 호모믹서로 교반하는 1차 전처리 유화단계;After melting each of the aqueous phase component for nanocapsules containing purified water, antioxidant and chelating agent and the oil phase component for nanocapsules including surfactant and co-emulsifier to a temperature of 65 ~ 75 ℃, the melted nanocapsules for A first pretreatment emulsifying step of adding an oil phase component for nanocapsules to a water phase component and stirring with a homomixer; 상기 1차 전처리 유화액에 TiO2를 카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드에 현탁시킨 TiO2 현탁액을 첨가한 후, 호모믹서로 교반하는 2차 전처리 유화 단계;및A second pretreatment emulsifying step of adding TiO2 suspension in which TiO2 is suspended in caprylic / capric triglyceride to the first pretreatment emulsion, and then stirring with a homomixer; and 상기 2차 전처리 유화액을 고압호모게나이저를 사용하여 캡슐화 및 냉각하는 단계를 포함하는 TiO2 나노캡슐의 제조방법. Method for producing a TiO 2 nanocapsule comprising the step of encapsulating and cooling the secondary pretreatment emulsion using a high pressure homogenizer.
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