KR101498526B1

KR101498526B1 - 인열강도가 향상된 하이드로겔 조성물 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101498526B1
Application number: KR1020130030955A
Authority: KR
Inventors: 송기세; 노향선
Original assignee: 주식회사 나우코스; 송기세; 노향선
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2015-03-13
Also published as: KR20140116325A

Abstract

본 발명은 하이드로겔 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연 고분자물질을 포함하여 하이드로겔의 파괴강도를 높여서 성형체를 포함하지 않는 탄성있는 하이드로겔 조성물에 관한 것으로, 조성물 총 중량을 기준으로 천연 고분자물질인 카시아검(Cassia Gum) 0.1 내지 3 중량%, 카라기난검(Carrageenan Gum) 또는 잔탄검(Xanthan Gum)으로부터 선택되는 1종 또는 그 혼합물을 0.1 내지 2 중량%, 가소제로 다가알코올류 5 내지 30 중량%, 전해질 0.5 내지 2중량%, 피부 미용 기능을 부여하는 기능성 화장 성분 0.1 내지 10중량%, 방부제 0.001 내지 0.5중량%, 및 나머지는 물을 포함한 용매로 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 하이드로겔 조성물은 상온에서는 액상 형태이지만 가열을 하면 겔상으로 변하는 특징으로 별도의 성형 단계를 거치지 않아 오염원에 노출될 수 있는 공정을 거치지 않고 하이드로겔을 제조할 수 있는 조성물을 제공하는 것이다.

Description

인열강도가 향상된 하이드로겔 조성물 및 이의 제조방법{Improved tear strength hydrogel composition and a method for manufacturing the same}

본 발명은 하이드로겔 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인열강도가 향상된 천연고분자 물질을 포함하는 하이드로겔 조성물에 관한 것이다.

하이드로겔(Hydrogel)은 20 내지 90%의 물을 함유할 수 있는 높은 함수율을 가지고 있는 특성으로 의학, 제약분야에 있어서 콘텍트렌즈, 약물전달매체, 보형물 등 그 적용 분야가 다양해지고 있는 추세이다. 화장품 분야에서도 하이드로겔이 사용되어 보습 효능을 발휘할 수 있을 뿐만 아니라 그 외 피부 미용 기능을 부여하는 다양한 기능성 화장성분, 보습제 등을 첨가함으로써 주름개선, 피부미백, 자외선 차단, 영양 공급, 피부탄력, 보습 등의 다양한 효능을 피부에 전달할 수 있다.

천연고분자가 함유된 하이드로겔의 경우 인열강도가 약해 일반적으로 지지체로 레이온 망목 직물 등을 심지하는 성형체를 포함하는 하이드로겔을 만들어 인열강도가 약한 단점을 보안하여 사용되고 있다. 성형체를 포함한 하이드로겔 화장 제품들은 조액성형, 가공, 포장 등 여러 공정을 거쳐 제조되고 있는데 고수분을 함유하고 있는 하이드로겔의 특성상 이러한 공정을 거치는 과정에서 미생물, 이물질 등의 오염원에 노출이 되어 오염에 대한 우려가 있다. 따라서, 천연고분자가 함유된 하이드로겔에 있어서 성형체의 사용 없이도 인열강도를 유지할 수 있는 하이드로겔이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하여 하이드로겔의 파괴강도를 높여서 성형체를 포함하지 않는 탄성있는 하이드로겔 조성물을 제공하는 것이다.

보다 상세하게는 본 발명의 목적은 천연고분자 물질 중 상기 문제점을 해결하기 위하여 인열강도가 높은 카시아검(Cassia Gum) 또는 카시아검(Cassia Gum)을 포함하는 천연 고분자 물질 혼합물을 주성분으로하는 하이드로겔 조성물을 제공하고, 이러한 조성물이 상온에서는 액상 형태이지만 가열을 하면 겔상으로 변하는 특징으로 별도의 성형 단계를 거치지 않아 오염원에 노출될 수 있는 공정을 거치지 않고 제조할 수 있는 하이드로겔 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 카시아검(Cassia Gum) 또는 카시아검(Cassia Gum)을 포함하는 천연 고분자 물질 혼합물을 포함하는 하이드로겔 조성물을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 조성물 총 중량을 기준으로 천연 고분자물질인 카시아검(Cassia Gum) 0.1 내지 3 중량%; 카라기난검(Carrageenan Gum) 또는 잔탄검(Xanthan Gum)으로부터 선택되는 1종 또는 그 혼합물을 0.1 내지 2 중량%로 포함하며; 가소제로 다가알코올류 5 내지 30 중량%, 전해질 0.5 내지 2중량%; 피부 미용 기능을 부여하는 기능성 화장 성분 또는 이들의 혼합물 0.1 내지 10중량%; 방부제 0.001 내지 0.5중량% 및 나머지는 물을 포함한 용매로 이루어진 하이드로겔 조성물을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔 조성물은 카시아검(Cassia Gum)및 카라기난검(Carrageenan Gum) 또는 잔탄검(Xanthan Gum)으로 이루어지는 천연 고분자물질의 함량비가 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum) 4:6 ~ 6:4 비율과 카시아검(Cassia Gum)과 잔탄검(Xanthan Gum) 3:7 ~ 5:5의 비율로 혼합하는 것이 인열강도를 향상시키기 위하여 바람직하다.

카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum) 또는 잔탄검(Xanthan Gum)의 혼합물의 함량비가 0.9:0.6:0.6 으로 혼합하여 조성물을 제조할 경우 인열강도를 향상시키기 위하여 더욱 바람직하다.

카시아검(Cassia Gum)은 갈락토만난(Galacto mannan) 구조로 만노스 주쇄에 갈락토우즈 측쇄로 1:5 비율로 되어 있으며 카라기난검(Carrageenan Gum) 또는 잔탄검(Xanthan Gum)과 함께 사용하였을 때 기존 갈락토만난 구조를 가지고 있는 천연 고분자류와 비교하여 열가소성 및 점탄성 겔을 형성하여 인열강도가 향상된다.

발명의 일 실시예에 따른 가소제는 가공 시 온도를 저하시키고, 고분자 사슬간 수소결합 억제 및 분자사슬 간격을 유지시키는 핵심적인 역할을 한다. 이때, 사용되는 가소제는 다가알코올류를 사용할 수 있으며, 예를 들면 글리세린, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 및 부틸렌글리콜으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다. 이러한 가소제는 상기 조성물에 대하여 5 ~ 30 중량%가 사용되는 것이 바람직한 바, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 용액의 점도가 높아 필름제조가 용이하지 않고 필름의 장력 저하 및 투명도의 문제가 있다.

발명의 일 실시예에 따른 전해질은 인열강도를 향상시키는 역할을 하며, 상기 천연 고분자물질과 교차연결(crosslinking)을 시키기 때문이다. 이때, 사용되는 전해질은 염화칼륨(potassium Chloride), 염화나트륨(Sodium Chloride), 염화마그네슘(Magnesium Chloride), 염화칼슘(Calcium Chloride)으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으며, 특히 0.5 ~ 1.5중량%의 염화칼륨(KCl)을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이드로겔 조성물은 4.0 내지 8.0 범위의 pH를 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 7.0의 pH를 갖는다.

본 발명에 따라 전달되는 하이드로겔 조성물의 효능 성분으로 기능성 화장 성분을 포함할 수 있으며, 주름개선, 피부미백, 자외선 차단, 수분 공급, 영양 공급 및 피부탄력 유지 기능을 가지는 성분으로 예를 들어 히알루론산, 마린콜라겐, 마치현추출물, 알부틴, 코직산, 유용성감초추출물, 아스코르빌글루코사이드, 마그네슘아스코르빌포스페이트, 나이아신아마이드, 에칠아스코빌에텔, 알파-비사보롤, 아스코빌테트라이소팔미테이트, 아데노신, 레티닐팔미테이트, 레티놀, 폴리에톡시레이티드레틴아마이드, 코엔자임큐텐으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 하이드로겔 조성물은 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum) 또는 잔탄검(Xanthan Gum)을 1종 혹은 2종을 포함하여 열가소성 겔을 형성하고 가소제, 전해질로 염화칼륨을 첨가함으로써 하이드로겔 조성물로 필름을 제조 시 인열강도가 증가하는 장점이 있다.

위와 같은 조성물의 하이드로겔은 종래의 하이드로겔의 파괴강도가 약하여 성형체를 삽입하는 성형방식을 탈피하여 성형체 없이도 하이드로겔이 파괴되는 현상이 발생하지 않고, 사용하는 과정에서 겔이 찢기지 않는 인열강도가 향상된 하이드로겔을 별도의 성형단계를 거치지 않고 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 카시아검/카라기난검, 카시아검/잔탄검 비율에 따른 인열강도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전해질과 하이드로겔의 인열강도를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 pH에 따른 하이드로겔의 인열강도를 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 하이드로겔 조성물 필름의 패치를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

실시예 1~6 및 비교예 1~10

본 실시예 1에서는 상온에서 정제수에 카시아검(Cassia Gum) 0.6중량%, 카라기난검(Carrageenan Gum) 0.4 중량%, 염화칼륨(KCl) 0.5 중량%를 30분간 교반하여 액상 하이드로겔 조성물을 제조하였다.

상기 제조된 하이드로겔 조성물의 인열강도는 규격번호 JIS K6401에 준하여 시트의 인열 시험방법을 따라 수행하였다.

구체적으로 23±2 ℃, 상대습도 50±5 %에서 인열강도 실험을 수행하였으며, 인열강도 시편은 두께 측정은 중앙부 1곳, 표선에서 등거리의 3곳 측정 후 평균값을 계산하였으며, 두께 측정 시 너비는 1mm 이상의 정밀도, 두께는 0.1 mm의 정밀도로 측정하였다. 인취속도는 200mm/min로 하고, 측정기기는 SHIMADZU사의 UTM(Universal Testing Machine) AGS-500D으로 측정하였다. 총 3개의 시편을 측정하여 그 결과를 평균값으로 산출하였다.

실시예 2 ~ 3

본 실시예 2 ~ 3에서는 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)의 혼합 비율을 다르게 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 조성물을 제조하였다.

비교예 1 ~ 5

본 비교예 1 ~5에서는 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)의 혼합 비율을 변화하면서 실시예 1과 동일한 방법으로 인열강도를 측정하였다.

실시예 4 ~ 6

본 실시예 4 ~ 6에서는 잔탄검(Xanthan Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)을 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조하였으며, 잔탄검(Xanthan Gum)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 하이드로겔 조성물을 제조하였다.

비교예 6 ~ 10

본 비교예 6 ~ 10에서는 잔탄검(Xanthan Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)의 혼합 비율을 변화하면서 실시예 1과 동일한 방법으로 인열강도를 측정하였다.

표 1에서 보는 바와 같이 천연 고분자물질로 카시아검(Cassia Gum)을 선택할 경우 인열강도가 향상되는 것을 확인할 수 있으며, 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum) 또는 잔탄검(Xanthan Gum)을 함께 혼합하여 제조하는 것이 인열강도가 향상되는 것을 알 수 있다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 5에서 확인할 수 있듯이 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)을 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조함에 있어서 표 1에서 보는 바와 같은 비교예 1 내지 5의 혼합비율보다 실시예 1 내지 3의 혼합비율인 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)을 4:6 ~ 6:4의 함량비로 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조하는 경우 인열강도가 향상되는 것을 알 수 있었다.

실시예 4 내지 6 및 비교예 6 내지 10에서 확인할 수 있듯이 카시아검(Cassia Gum)과 잔탄검(Xanthan Gum)을 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조함에 있어서 표 1에서 보는 바와 같은 비교예 6 내지 10의 혼합비율보다 실시예 4 내지 6의 혼합비율인 카시아검(Cassia Gum)과 잔탄검(Xanthan Gum)을 3:7 ~ 5:5의 함량비로 혼합하여 하이드로겔 조성물을 제조하는 경우 인열강도가 향상되는 것을 알 수 있었다.

실시예 7

본 실시예 7에서는 전해질과 하이드로겔 조성물의 인열강도 측정을 위한 시료를 준비하였다. 상온에서 정제수 97.5 ~98.5 중량%, 카시아검(Cassia Gum) 및 카라기난검(Carrageenan Gum) 각각 0.5 중량%, 전해질(염화칼륨, 염화나트륨, 염화마그네슘, 염화칼슘) 0.5 ~ 1.5 중량%를 30분간 교반하여 액상 하이드로겔 조성물을 제조 한 후, 실시예 1과 같은 방법으로 인열강도를 측정하였다.

표 2에서 보는 바와 같이 전해질을 포함하여 하이드로겔 조성물을 제조할 경우 인열강도가 향상되는 것을 알 수 있으며 실시예 7의 전해질 중 염화칼륨(KCl)을 0.5 ~ 1.5 중량%를 사용하여 하이드로겔 조성물을 제조하였을 때의 인열강도가 1200 ~1500 g/cm²까지 향상되는 것을 알 수 있다.

실시예 8

pH 변화에 따른 각각의 천연고분자 물질들과의 하이드로겔 조성물의 인열강도의 영향을 비교하기 위하여 본 실시예 8에서는 실시예 7에서 인열강도가 가장 높게 나타난 염화칼륨(KCl) 0.5 중량%, 카시아검(Cassia Gum) 0.5 중량%, 정제수 99 중량%를 혼합한 후, HCl과 10% KOH를 가하여 pH를 3 내지 8로 하여 실시예 1과 같은 방법으로 인열강도를 측정하였다.

표 3에서 보는 바와 같이 천연고분자 물질이 함유된 하이드로겔 조성물은 pH 4 내지 8에서 인열강도가 높은 것을 알 수 있으며 바람직하게는 pH 7에서 카시아검(Cassia Gum)을 포함하여 제조된 하이드로겔 조성물의 인열강도가 가장 높은 것을 알 수 있다.

실시예 9 ~ 14

본 실시예 9 ~ 14에서는 제조한 액상 하이드로겔 조성물을 사용한 필름을 제조하였다.

(a) 기능성 화장성분인 EDTA-2Na, 히알루로닉산 액, 마린 콜라겐, 마치현 추출물, 정제수를 차례로 1L 비이커에 넣고 1000~1200rpm 으로 교반하면서 가열하여 온도 70~90℃, 15분간 유지 시킨다;

(b) 별도의 용기에 KCl를 저온의 정제수에 완전히 용해 시킨 후 (a)의 1L 비이커에 넣는다;

(c) 별도의 비이커에 KOH, 글리세린, 1,3-부틸렌글리콜, 카시아검(Cassia Gum), 카라기난검(CGN), 곤약만난(konjak mannan), 로카스트콩검(LBG), 젤란 검(Gellan Gum), 잔탄검(Xanthan Gum), 파라옥시안식향산메틸, 파라옥시안식향산프로필을 넣고 800~1000rpm으로10분간 완전히 분산 시킨 후, (a)의 1L 비이커에 넣고 온도 70~90℃에서 20분간 호모믹서 또는 분산기 이용하여 교반하면서 유지 시킨다;

(d) 별도의 비이커에 향료, 초산토코페롤 또는 유용성 미용성분들을 가용화제로 가용화 한 다음 온도 70~90℃에서 (a)의 1L 비이커에 천천히 넣고 10분간 교반을 유지 시킨다.

수득된 하이드로겔 조성물을 80℃에서 시트 형태로 내용물을 붓고 성형하여 상온으로 냉각시키면 상태변화 하이드로겔 시트가 제조되며, 이는 피부미용을 위한 미용제의 조절방출에 의한 피부전달용으로 활용될 수 있는 하이드로겔 조성물 필름이 된다.

상기 조성의 하이드로겔 조성물 필름을 온도가 75℃일 때, 통상의 방법(Brookfield Viscometer)인 회전 점도계에 따라 각각의 점도를 측정하였으며, 인열강도 실험은 규격번호 JIS K6401에 준하여 시트의 인열 시험방법을 따라 수행하였다.

구체적으로 23±2 ℃, 상대습도 50±5 %에서 인열강도 실험을 수행하였다. 인열강도 시편은 두께 측정은 중앙부 1곳, 표선에서 등거리의 3곳 측정 후 평균값을 계산하였으며, 두께 측정 시 너비는 1mm 이상의 정밀도, 두께는 0.1 mm의 정밀도로 측정하였다. 인취속도는 200mm/min로 하고, 측정기기는 SHIMADZU사의 UTM(Universal Testing Machine) AGS-500D으로 측정하였다. 총 3개의 시편을 측정하여 그 결과를 평균값으로 산출하였다.

비교예 11 ~ 14

카시아검(Cassia Gum), 카라기난검(CGN), 잔탄검(Xanthan Gum) 이외에 다른 천연고분자 물질도 포함하는 하이드로겔 조성물 필름이라는 점을 제외하고는 실시예 9 ~ 14에서 제조한 방법과 동일한 방법으로 하이드로겔 조성물 필름을 제조 및 점도, 인열강도를 측정하였다.

표 4에서 보는 바와 같이 실시예 9 내지 14 및 비교예 11 내지 14에서 확인할 수 있듯이 실시예 9 내지 16의 경우, 측정 점도가 2,000cps 내외의 값을 나타내어 화장용 마스크 등으로 사용하기에 적합한 범위인 800 ~ 3,000cps에 속함을 확인할 수 있었다. 이러한 점도를 유지함으로써 이 조성물을 성형틀에 부었을 경우 퍼짐성이 좋으며 일정한 두께를 갖고 매끄러운 표면을 갖는 성형체를 제조할 수 있다. 반면, 비교예 11 내지 12의 경우, 측정 점도가 3,000cps 이상의 수치를 나타내며 퍼짐성이 좋지 않고 딱딱한 형상의 겔이 형성됨을 확인할 수 있었다.

또한, 카시아검(Cassia Gum) 0.9 중량%와 카라기난검(CGN) 0.6 중량%, 잔탄검(Xanthan Gum) 0.6 중량%의 혼합비율로 혼합되어 하이드로겔 조성물 필름을 제조하였을 때 인열강도가 가장 향상되어 인열강도가 높아서 성형체를 사용하지 않은 상태에서도 탄성을 갖고 있어 하이드로겔 마스크 조성물 필름을 제조할 수 있는 것을 확인하였다.

Claims

조성물 총 중량을 기준으로 천연 고분자물질인 카시아검(Cassia Gum) 0.4 내지 0.6 중량%;
카라기난검(Carrageenan Gum) 0.4 내지 0.6 중량%;
가소제로 다가알코올류 5 내지 30 중량%;
전해질로 염화칼륨(potassium Chloride) 0.5 내지 1 중량%;
피부 미용 기능을 부여하는 기능성 화장 성분 0.1 내지 10중량%;
방부제 0.001 내지 0.5중량%;
및 나머지는 물을 포함한 용매로 이루어진 조성물이되,
상기 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)으로 이루어지는 상기 천연 고분자물질은 함량비 4:6 ~ 6:4 범위를 충족하는 하이드로겔 조성물이며,
pH는 6.0 내지 8.0 범위인 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물.
제1항에 있어서,
상기 가소제는 글리세린, 에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 및 부틸렌글리콜으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 다가알코올인 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 기능성 화장 성분은 주름개선, 피부미백, 자외선 차단, 수분 공급, 영양 공급 및 피부탄력을 포함하는 피부 미용 기능을 갖는 1종 또는 2종 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물.
삭제
(a) 액상의 천연 고분자물질과 가소제, 전해질, 기능성 화장성분, 방부제 및 물을 포함한 용매로 이루어진 조성물을 하기 비율로 혼합하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계 혼합물을 70 ~ 90℃ 온도가 되도록 상기 조성물을 가열하여 겔상의 하이드로겔 조성물을 만드는 단계;
(c) 상기 가열된 조성물을 성형틀에 넣어 겔상의 하이드로겔 성형체를 제조하는 단계;
를 포함하여 제조되되,
상기 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로 천연 고분자물질인 카시아검(Cassia Gum) 0.4 내지 0.6 중량%;
카라기난검(Carrageenan Gum) 0.4 내지 0.6 중량%;
가소제로 다가알코올류 5 내지 30 중량%;
전해질로 염화칼륨(potassium Chloride) 0.5 내지 1 중량%;
피부 미용 기능을 부여하는 기능성 화장 성분 0.1 내지 10중량%;
방부제 0.001 내지 0.5중량%;
및 나머지는 물을 포함한 용매로 이루어진 조성물이되,
상기 카시아검(Cassia Gum)과 카라기난검(Carrageenan Gum)으로 이루어지는 상기 천연 고분자물질은 함량비 4:6 ~ 6:4 범위를 충족하는 하이드로겔 조성물이며,
pH는 6.0 내지 8.0 범위인 것을 특징으로 하는 하이드로겔 조성물의 제조방법.