KR101747957B1 - 그래핀을 함유하는 기능성 비누 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

이 발명은 그래핀을 함유하는 비누 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 그래핀 분말을 항산화물질과 함께 글리세린에 나노 수준으로 분산시킨 용액을 사용한 기능성 비누 조성물 및 그 제조방법에 대한 것이다. 구체적으로, 이 발명은 글리세린 100 중량부에 항산화물질 0.1 내지 10 중량부 및 그래핀 분말 0.01 내지 1 중량부를 혼합하고 초음파를 가하여 분산시키는 단계, 및 상기 글리세린 분산용액을 비누 베이스에 혼합하는 단계를 포함하는 비누 조성물의 제조방법을 제공한다. 이 발명에 따른 비누 조성물은 그래핀을 함유하지 않은 비누 조성물에 비하여 매끄럼성과 보습성이 우수하며, 항산화물질의 피부흡수율이 우수한 것을 특징으로 한다.

Description

그래핀을 함유하는 기능성 비누 조성물 및 그 제조방법{FUNCTIONAL SOAP COMPOSITION CONTAINING GRAPHENE AND ITS MAUNUFACRURING METHOD}

이 발명은 기능성 비누 조성물에 관한 것으로서, 매끄러움과 보습성이 우수하며, 특히 항산화물질의 피부흡수성이 우수한 비누 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 피부는 신체의 수분증발을 효과적으로 방지하는 기능뿐 아니라, 체내의 노폐물을 배출시키는 기능도 가지고 있다. 이에 피부 상에 배출된 노폐물을 효과적으로 제거하기 위하여 비누를 사용하는 것이 일반적이다.

최근에 들어 기능성 비누에 대한 관심이 증가하고 있는바, 이에 따라 비누의 사용이 단순한 피부의 노폐물 제거를 위한 것으로부터 더 나아가 다양한 생리적 기능, 즉 피부의 보습, 노화방지, 잔주름 개선, 미백효과, 및 염증 억제 효과를 동시에 부여해줄 것을 소비자층에서 강하게 요구하고 있기 때문이다.

이러한 기능성 효과를 비누에 부여하기 위해 다양한 첨가제를 함유한 비누 조성물이 개발되고 있는바, 그중 가장 일반적으로 사용되는 첨가제가 항산화물질이다. 항산화물질이란 생체 내 활성산소의 생성을 방지하고 세포에 회복 불가능한 손상을 야기하는 산화현상을 방지하는 활성물질을 의미한다. 항산화물질은 피부에 유해한 활성산소 종(Reactive Oxygen Species: ROS)의 부작용을 억제해주는 기능을 가지기 때문이다. 활성산소 종은 효소계, 환원대사, 화학약품, 공해물질, 광화학 반응과 같은 다양한 환경적 및 생화학적 요인 등에 의해 발생한다. 이는 강한 산화력을 가지므로 단백질, 인지질, 및 DNA와 같은 다양한 세포구성성분을 비가역적으로 파괴하며, 그 결과 피부의 노화를 진행시킨다고 알려졌다.

비누에 항산화 기능을 부여하기 위해 지금까지 매우 다양한 종류의 항산화물질이 비누 베이스에 첨가되어 사용되고 있다. 그러나 인체의 피부는 각질층, 표피층, 및 진피층 등으로 구성되어 있는바, 항산화물질이 효과적으로 기능 하기 위해서는 피부의 최하부 층인 진피층까지 도달되어야 한다. 종래의 항산화물질을 함유한 기능성 비누의 제조기술들에는 이러한 피부 흡수에 대해 언급이 거의 없어 문제된다.

다만, 최근에 피부에 기능성을 부여해줄 수 있는 활성 성분을 수백 nm 이하 크기의 나노입자에 담체화시킴으로써 피부침투력을 촉진 시키는 기술이 속속 개발되고 있다(하기 특허문헌 1 참조).

이러한 담체 기술은 구형의 고체 나노입자를 사용하거나 액상 나노입자를 사용하는바, 그 나노입자의 표면 또는 내부에 활성성분을 흡착시키거나 담지 시키기 어려운 문제가 있다. 이에 비하여 평면의 나노입자는 활성 성분을 가진 분자와의 분자인력이 상대적으로 강하고, 쉽게 접혀지고 펴지는 나노 구조를 가지므로 담체로서의 특성이 더욱 우수할 것으로 예상되고 있으나, 활성 성분의 피부 흡수를 촉진하기 위해 평면 구조를 가진 나노입자를 기능성 비누 조성물에 사용한 예는 아직 보고되어 있지 않다.

KR 10-0825628 B1 (2008/04/21)

이 발명의 목적은 매끄러움과 보습성이 우수하며, 특히 항산화물질의 피부 흡수성이 우수한 기능성 비누 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.

이 발명의 또 다른 목적은 상기 비누 조성물을 제공하려는 것이다.

이 발명자는 그래핀을 항산화물질과 함께 비누에 사용할 경우, 항산화물질이 피부에 잘 흡수되기 위한 조건을 찾기 위한 다양한 실험을 수행하였다. 그 결과 항산화물질이 첨가된 글리세린에 그래핀을 투입한 후 초음파를 가하여 그래핀 입자를 나노 수준으로 분산시킨 다음 비누 베이스와 혼합 사용할 경우 항산화물질의 피부 흡수를 촉진 시키는데 효과적임을 발견하여 발명을 완성하기에 이르렀다.

이 발명에 따라 제조된 비누 조성물은 그래핀을 함유하지 않은 종래의 비누 조성물에 비하여 매끄러움과 보습성이 우수하며, 특히 항산화물질의 피부흡수율이 약 2배 수준으로 높아지므로 피부의 노화 방지 및 주름 방지에 탁월한 효과가 있을 것으로 기대되고 있다.

도 1은 이 발명의 원료물질로 사용된 그래핀 분말의 고분해능 투과전자현미경 사진이다.
도 2는 이 발명 실시예 1로써 얻은 나노 분산된 그래핀 입자의 고분해능 투과전자현미경 사진이다.

이 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이 발명은 항산화물질의 피부흡수 성능이 향상된 기능성 비누의 조성물 및 그 제조방법을 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 이 발명은 글리세린 100 중량부에 항산화물질 0.1 내지 10 중량부 및 그래핀 분말 0.01 내지 1 중량부를 넣고 1~3 시간 초음파를 가하여 분산액을 얻고, 상기 분산액을 비누 베이스에 혼합하는 단계를 포함하는 비누 조성물의 제조방법을 제공한다.

이 발명의 한 실시예에 따르면, 상기 비누 조성물 중 그래핀의 함량은 0.001 내지 0.1 중량%일 수 있다.

이 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 비누 조성물 중 항산화물질의 함량은 0.01 내지 1.0 중량%일 수 있다.

이 발명의 항산화 기능성 비누 조성물은 고형 비누, 물비누, 샴푸, 또는 헤어린스로서 이용될 수 있다. 이러한 다양한 제품의 제형화에 맞추어, 상기 비누 조성물에 보습제, 항균제, 염료, 에센셜 오일, 항 여드름 성분, 항 아토피 성분, 또는 무기 필러를 포함하는 통상의 첨가물을 다양하게 선택하여 첨가할 수 있음은 당연하다.

상기 비누 베이스는 통상적인 비누의 제조에서 사용되는 것으로서, 시중에서 일반적으로 시판되고 있는 제품을 사용할 수 있다. 상기 비누 베이스의 예로는 우지, 야자, 팜 등의 동물성 또는 식물성 유지로부터 선택된 유지를 가성소다(NaOH)나 가성칼륨(KOH) 등으로 검화시키거나 중화시킨 알칼리성의 지방산염으로서 pH가 9.0~11.0인 것을 들 수 있다. 이 발명에서 비누 베이스는, 이 발명에 따른 비누 조성물의 전체 중량 기준으로 70~95 중량%를 구성할 수 있다. 만일 비누 베이스의 함량이 70 중량% 미만으로서 너무 낮으면 세정력이 떨어질 수 있으며, 비누 베이스의 함량이 95 중량%를 초과할 경우 항산화물질 및 그래핀을 함유한 상기 글리세린 분산액 및 기타 첨가제 등의 비율이 상대적으로 낮아져 이들 기능성 성분의 함유에 따른 효과를 기대할 수 없어 바람직하지 않다.

이 발명에 사용될 수 있는 그래핀의 예로는 흑연을 기계적 또는 화학적으로 박리하여 얻는 톱-다운(top-down) 방식으로 제조된 그래핀 종류, 및 화학기상증착법과 같은 바텀-업(bottom-up) 방식으로 제조된 그래핀 종류를 들 수 있다. 전자는 주로 다층의 탄소층을 가진 화학구조를 가지며 후자는 주로 단일 탄소층의 화학구조를 가진다. 이 발명에서의 그래핀의 역할은 항산화물질을 흡착시켜 피하층으로 전달되도록 하는 것이며, 이를 위해 3 이하의 탄소층 구조를 가진 그래핀 입자를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 그러나 단일층 구조의 그래핀 입자의 경우에도, 그래핀 자체의 접혀지는 특성에 따라서, 또는 그래핀 입자 사이의 접근에 따라서 응집된 형태로서 존재하므로 항산화물질이 그 표면에 충분한 함량으로 흡착되기 어려운 문제점이 있다.

이 발명자는 상기 그래핀을 항산화물질과 함께 비누에 사용할 경우, 상기 항산화물질이 피부에 잘 흡수되기 위한 조건을 찾기 위한 다양한 실험을 수행하였다. 그 결과 항산화물질이 첨가된 글리세린에 그래핀을 투입한 다음, 초음파처리와 같은 통상의 방법을 사용하여 그래핀의 상기 응집체 형태를 풀어서, 그래핀의 한 변의 길이가 평균 100nm 이하인 판상의 단일층 그래핀 구조가 되게 함으로써 그래핀 표면에 항산화물질이 충분히 흡착되도록 한 후, 이를 비누 매트릭스에 분산되도록 하는 것이 항산화물질의 피부 흡수를 촉진 시키는데 효과적임을 발견하였다.

이 발명에 따라 얻어지는 비누 조성물 중 바람직한 항산화물질의 함량은 0.01 내지 1.0 중량%일 수 있다. 상기 항산화물질은 피부의 노화방지, 항균작용 및 미백작용을 촉진할 수 있는 것으로서 합성 항산화제 및 천연항산화제를 모두 포함한다. 합성 항산화제의 구체적인 예로서는 BHA(butylated hydroxy anisole) 또는 BHT(butylated hydroxy toluene) 등을 들 수 있다. 또한, 천연 항산화제로서는 카탈라아제 및 퍼옥시다제와 같은 항산화효소, 토코페롤 및 비타민 C와 같은 비효소성 항산화물질, 또는 인삼 및 가시오가피 추출물과 같이 항산화기능을 갖는 생약 추출물들을 들 수 있다. 이 발명에 따른 기능성 비누 조성물 중 항산화물질의 함량이 0.01 중량% 이하일 경우 항산화효과가 너무 미미해질 우려가 있다. 반면 그 함량이 1.0 중량%를 초과할 경우 피부를 자극하는 등의 부작용이 나타날 우려가 있으므로 바람직하지 않다.

이 발명에 따라 제조된 기능성 비누 조성물 중 항산화물질의 피부흡수율과 관련하여, 항산화물질을 상기 글리세린 혼합 용액에 투입하는 순서를 상기 분산공정의 이전과 이후로 나누어 각각 수행하였다. 그 결과 항산화물질을 그래핀의 응집 형태를 푸는 상기 분산공정 이전에 투입하여 제조된 비누가 상기 분산공정 이후에 투입하여 제조된 비누에 비하여 항산화물질의 피부흡수율을 향상시키는데 유리함을 확인할 수 있었다. 이는 초음파 분산공정이 수행된 직후에 평면형으로 분산된 그래핀 입자들이 시간에 지남에 따라 서서히 재응집 됨으로써, 항산화물질을 상기 분산공정 이후에 투입할 경우 항산화 성분이 그래핀 표면에 흡착되기 어려워지기 때문인 것으로 추정된다.

이하, 이 발명은 다음 실시예들을 통하여 더욱 구체적으로 설명되나, 이 발명이 이러한 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.

나노 분산된 그래핀 용액의 제조 및 그 구조의 분석

500mL 반응기에 글리세린 293.0g 및 BHA 6.0g을 투입하여 잘 혼합한 후 그래핀 분말 2.0 g을 투입한 후, 기계적 교반을 수행하면서 1300와트 출력의 고강도의 초음파 장치를 이용하여 1~3시간 초음파를 가하였다. 이렇게 얻어진 글리세린 용액의 그래핀 함량은 0.67 중량%이며, 항산화물질인 BHA의 함량은 2.0 중량%이다.

이 발명에 사용된 그래핀 분말은 '(주)나노리더'에서 구입하였으며, 이 발명자는 그 구체적인 화학구조를 고분해능 투과전자현미경을 사용하여 분석하였다.

도 1은 상기 그래핀 분말의 일부분을 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 이 발명에 사용된 그래핀 분말의 원재료는 단일 탄소층이 리본 형태로서 뭉쳐져 지름이 수백 나노 수준인 응집체 구조를 가짐을 알 수 있다.

상기 초음파 처리에 의해 응집 상태가 풀린 그래핀의 구조는 고분해능 투과전자현미경으로 확인한바, 이는 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 초음파 처리를 거칠 경우 상당수의 그래핀 입자는 30 내지 60nm 수준의 접혀지거나 구부러지지 않은 판상의 상태로서 존재하며, 또한 그래핀 입자 상호 간에 뭉쳐지지 않은 상태로 존재하고 있음을 확인할 수 있다.

또한, 글리세린 대신 에틸렌글리콜 또는 프로필렌 글리콜을 사용하여 상기 작업을 수행할 경우에도 글리세린과 거의 동일한 수준의 나노 분산성을 얻을 수 있음을 확인하였는바, 이는 글리세린뿐 아니라 친수성이 우수한 다양한 다가 알코올을 용매로 사용할 경우에도 이 발명의 목적에 알맞은 그래핀의 나노 분산 상태를 얻을 수 있음을 암시한다고 볼 수 있을 것이다.

비누 조성물의 제조

1L 반응기에 비누 베이스 730g을 넣고 교반 가열하여 80℃에서 완전히 용해한 다음에, 실시예 1에서 얻어진 그래핀 및 BHA를 함유한 글리세린 용액 70g을 혼합하여 온도를 80℃로 유지하면서 30분간 교반한 다음 몰드에 주입하고 건조과정을 거친 후 상온에서 1일 이상 숙성시켰다. 이렇게 얻은 비누 조성물의 그래핀 함량은 0.067 중량% (670ppm)이며, BHA 함량은 0.20 중량%이다.

비교예 1: 그래핀을 함유하지 않은 비누 조성물의 제조

500mL 반응기에 글리세린 294.0g 및 BHA 6.0g을 투입하여 잘 혼합한 후 기계적 교반을 수행하면서 1300와트 출력의 고강도의 초음파 장치를 이용하여 1~3시간 초음파를 가하였다. 이렇게 얻어진 글리세린 용액으로부터 실시예 2와 동일한 방법을 사용하여 비누 조성물을 제조하였다(BHA 함량은 실시예 2와 동일하게 조정되었다).

비교예 2: 항산화물질의 첨가 순서를 달리한 비누 조성물의 제조

500mL 반응기에 글리세린 299.0g 및 그래핀 분말 1.0g을 투입하여 잘 혼합한 후 기계적 교반을 수행하면서 1300와트 출력의 고강도의 초음파 장치를 이용하여 1~3 시간 초음파를 가하여 BHA를 함유하지 않은 글리세린 용액을 얻었다.

이어서 1 L 반응기에 비누 베이스 728.6g을 넣고 교반 가열하여 80℃에서 완전히 용해한 다음에, 상기 BHA를 함유하지 않은 글리세린 용액 70g을 투입하여 온도를 80℃로 유지하면서 30분간 교반한 다음, 추가로 BHA 1.4g을 첨가하여 30분간 더 교반하였다. 이렇게 얻어진 혼합물을 몰드에 주입하고 건조과정을 거친 후 상온에서 1일 이상 숙성시켰다. 이렇게 얻은 비누 조성물의 그래핀 및 BHA의 함량은 상기 실시예 2에서 얻어진 비누 조성물과 동일하다.

실험예 1: 비누 조성물에 대한 관능검사

실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서 얻어진 비누 조성물에 대하여 일반인 15인을 대상으로 세정력, 거품생성력, 매끄러움 정도 및 보습성 등 4개 항목에 관하여 관능검사를 하였다. 각 실험자는 상기 비누 조성물을 사용하여 세안한 후 그 관능검사의 결과를 수치로 표기하도록 하였는바, 항목마다 '아주 안 좋음'을 1점으로, '안 좋음'을 2점으로, '보통'을 3점으로, '좋음'을 4점으로, '아주 좋음'을 5점으로 구분하였다. 그리고 총 15인의 실험자가 작성한 점수를 평균하여 그 결과를 다음의 표 1로 나타내었다.

비누 조성물에 대한 관능검사 결과

항목	세정력	거품생성력	매끄러움 정도	보습성
실시예 2	3.6	3.9	4.5	4.3
비교예 1	3.8	3.6	2.7	3.2
비교예 2	3.5	3.5	4.4	4.4

표 1을 참고하면, 그래핀을 분산시킨 비누 조성물(실시예 2 및 비교예 2)은 그래핀을 함유하지 않은 비누 조성물(비교예 1)에 비하여 매끄러움 정도와 보습성 두 항목에서 유의미한 상승효과를 지니고 있음을 알 수 있다. 다만, 상기 비누 조성물에 분산된 그래핀의 존재는 세정력과 거품생성력에는 유의미한 효과를 미치지 않음을 알 수 있었다.

실험예 2: 비누 조성물에 대한 항산화물질( BHA )의 피부흡수율의 측정

실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 비누 조성물을 각각 1.0g씩 떼어내어 정제수 10g에 용해하여 비누 용액을 얻었다. 마이크로 피펫을 이용하여 각 용액 0.1g씩을 취하여 미리 1㎝×1㎝로 구획한 실험자의 팔에 코팅하였다. 이 실험은 3인의 실험자에 대해 이루어졌던바, 각 실험자의 상기 구획 부위는 당 실험 전에 제모된 상태로 유지하였다. 상기 비누 용액이 코팅된 후 1분 및 30분 후에 각각 테이프 스트리핑 방법을 사용하여 피부로부터 테이프에 흡착된 BHA의 양을 HPLC 방법으로 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다. 표 2에서 표기된 실험자별 % 수치는, 상기 비누 용액을 팔의 구획 부위에 코팅한 1분 후에 테이프 스트리핑 방법을 통해 얻어진 테이프 상의 BHA 양 100%를 기준으로 할 때, 30분 후에 얻어진 테이프 상의 BHA의 양을 % 수치로 환산한 후, 이를 100% 수치로부터 뺄셈하여 얻은 수치이다.

비누 조성물에 대한 BHA의 피부흡수율의 측정 결과 (단위: % )

실험자	실험자 1	실험자 2	실험자 3
실시예 2	82.3	79.2	86.2
비교예 1	35.2	41.5	39.0
비교예 2	61.1	59.7	70.3

표 2를 참조하면, 그래핀을 함유하는 비누 조성물(실시예 2)의 경우 그래핀을 함유하지 않은 것(비교예 1)에 비하여 피부흡수율이 거의 2배 수준으로 높아지는 것을 알 수 있다. 또한, 그래핀을 글리세린에 분산시키기 이전에 항산화물질(BHA)을 투입한 경우(실시예 2)가 그래핀을 분산시킨 후 항산화물질을 투입한 경우(비교예 2)에 비하여 BHA의 피부흡수율이 유의미한 수준으로 향상됨을 알 수 있다.

Claims (3)

1. 글리세린 100 중량부에 항산화물질 0.1 내지 10 중량부 및 그래핀 분말 0.01 내지 1 중량부를 혼합하고 초음파를 가하여 분산시키는 단계; 및
   상기 글리세린 분산용액을 비누 베이스에 혼합하는 단계를 포함하는 비누 조성물의 제조방법으로서,
   상기 비누 조성물 중, 응집이 풀어진 그래핀의 한 변의 길이가 평균 100nm 이하이고, 그 그래핀의 함량이 0.001 내지 0.1 중량%인 것을 특징으로 하는 비누 조성물의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 비누 조성물 중 항산화물질의 함량이 0.01 내지 1.0 중량%인 것을 특징으로 하는 비누 조성물의 제조방법.

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