KR101808564B1 - 자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명의 산화아연(ZnO)의 합성방법은 유기용매인 에탄올 100 중량부에 상기 산화아연(ZnO)의 전구체인 염화아연 5~12 중량부를 투입하여 일정 시간 일정 온도에서 교반하여 상기 제1혼합물을 만드는 제 1단계와; 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨 20~35 중량부 투입하여 일정 온도에서 일정 시간 교반하여 상기 제2혼합물을 만드는 제 2단계와; 상기 제2혼합물을 상기 수열합성기에서 일정 승온속도로 승온 시킨 후 목표온도에서 상기 수열합성기의 교반기로 일정 회전수로 회전시키면서 내부압력이 일정압력으로 형성되게 일정시간 동안 반응시켜 상기 ZnO 합성물을 얻는 제 3단계와; 완전한 반응을 위해 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 일정 온도까지 서냉시키는 홀딩타임을 갖는 제 4단계와; 상기 제 4단계를 거쳐 상기 수열합성기의 내부 압력이 0~0.05kgf/cm²G 를 유지하게 되면, 상기 ZnO 합성물에 증류수를 주입하여 급속 냉각을 시키는 제 5단계와; 상기 ZnO 합성물에서 상기 수산화나트륨에 의한 잔류 알칼리 화합물과 불순물을 제거하기 위하여 수세 및 원심력을 이용하여 상기 산화아연(ZnO)과 잔류 알칼리 화합물 및 불순물을 분리하는 제 6단계와; 불순물 분리공정을 거친 상기 산화아연(ZnO)을 건조시켜 순도 99% 이상의 나노판상의 산화아연(ZnO)을 제조하는 제 7단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물에 따르면 습식합성 방법으로 균일한 나노판상의 구조의 산화아연을 손쉽게 제조, 양산할 수 있어 자외선 차단제, 위생용품, 타이어, 자동차, 군수, 광전자소재 분야 등 여러 산업 분야에 응용할 수 있고, 이를 바탕으로 또 다른 구조의 산화아연을 양산할 수 있는 기술을 확보할 수 있으며, 특히 나노판상 구조일 때는 로드 구조나 기타 다른 구조보다 피부의 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하므로 자외전 차단용 크림에 적합하다.

Description

자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물{Synthetic Method of Zinc Oxide for Sunblock and Cosmetic Composition Containing the Same Product}

본 발명은 자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기 용매 100 중량부에 수산화 나트륨과 ZnO 전구체 10~20중량부의 조성물을 수열합성기를 이용한 용매열합성 방법으로 제조하여, 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하기 위하여 균일한 나노판상의 결정상을 가진 산화아연을 만드는 자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물에 관한 것이다.

기술적 측면에서의 금속산화물 나노소재는 미세한 입도에 의한 거대한 비표면적에서 기인하는 우수한 촉매 및 화학반응 특성을 가지므로 각종 환경정화용 촉매, 멤브레인 (Membrane), 필터, 전자부품용 소재 등에 광범위하게 적용되고 있다.

그러나 금속산화물 나노소재는 연속 대량 합성에 한계가 있어 산업화에 큰 걸림돌이 되고 있으며, 나노소재의 특성 및 물성 제어 기술, 고순도화 기술, 표면 및 계면 제어 기술 등과 같은 요소기술을 확보하는 것이 선결과제로 남아있다.

국내 나노소재 기술은 선진국에 비해 기술격차가 그리 크지 않은 분야로서 원천기술 확보를 통해 시장을 선점할 가능성이 매우 높은 기술 분야이므로, 기술독점화 및 응용분야 확대가 요구된다.

상기한 바와 같이 금속산화물 소재의 미세조직과 형상은 재료의 물성 이해와 새로운 재료 개발 및 응용에 있어서 매우 중요한 인자이다.

최근에 나노소재의 독특한 물성으로 인해 나노구조물의 형상에 대한 연구가 광범위하게 진행되고 있다.

이들 중 ZnO 나노구조물도 다양한 전기적, 광학적 및 압전 특성을 가지고 있어 이와 관련한 연구 및 응용이 경쟁적으로 이루어지고 있고, 전자, 광학, 촉매, 센서 응용 등에 큰 잠재력을 가지고 있어 주목받고 있으며, 그중에서도 1차원 반도체인 ZnO 나노로드는 짧은 파장의 광기능 나노소자에 높은 효율을 가지고 있어 특별한 관심이 집중되고 있다.

ZnO는 화합물 반도체로 3.37eV 밴드 갭 에너지를 가지며, 실온에서 결합에너지가 60meV로서 열에너지(26meV)보다 큰 소재로서 그간 압전체, 화장품, 백색안료 등에 사용되어 광범위한 시장을 확보하고 있으며 최근에 태양전지, 레이저, 발광다이오드등 광전자 소자 및 나노구조의 ZnO 재료도 전자, 광학, 촉매, 센서 응용 등에 큰 잠재력을 가지고 있어 고부가가치 소재로서 주목받고 있다.

ZnO는 제조방식과 조건에 따라 나노로드(Nano-rod), 나노와이어(Nano-wire), 나노쉬트(Nano-sheet) 그리고 나노튜브(Nano-tube) 등 매우 다양한 형상으로 합성이 가능하며, 특히 이러한 1차원 혹은 2차원의 구조물들의 배향성 및 나노 크기에 기인한 비표면적 증가를 통해 촉매나 가스센서 및 태양에너지분야의 응용에 큰 이점을 가진다.

전술한 바와 같이 ZnO 나노로드, 나노와이어는 전계효과 스위치, 단전자트랜지스터, 발광 소자 및 압전 특성에 기반한 표면 탄성파 소자 등 다양한 소자 연구 재료로 연구용 수요가 크다.

또한 ZnO는 흡착종에 따른 표면전하 분포 변화를 기반으로 하는 가스 센서로의 응용에 있어 큰 체적 대비표면적으로 고감도 센서 구현을 위해 많은 연구에 적용이 이루어지고 있으며 생체안정 특성에 기인해 가스/화학센서 뿐만 아니라 생체의료 분야 응용을 위한 핵심 재료로서 필요성이 증대되고 있다.

ZnO 나노구조물의 제조에는 다양한 방법들이 보고되었는데, 이들 중 Bottom-Up 방식의 습식 합성법(Aqueous Solution Growth)은 Top-Down 방식에 비해 비교적 낮은 온도에서 성장이 가능하고 구조제어를 위한 변수들이 매우 간단하며, 공정을 단순화 할 수 있고 쉽게 대량 합성이 가능한 장점을 가지고 있으나 재현성 있게 다양한 형태의 나노구조물을 합성하는 것은 아직도 어려운 문제로 남아 있다.

또한 ZnO 나노구조체에 이종원소를 도핑함으로서 전기적 특성이나 기능성이 부여 혹은 향상된 소재에 대한 시장 요구가 증대되고 있다. 특히 나노로드 등과 같은 1차원 나노구조소재는 차세대 응용 기술 확보에 기반이 되는 인자로서 도핑 등을 통한 밴드갭 제어나 물성 제어 기술 확보가 필수적으로 요구되고 있다.

ZnO 나노구조소재를 포함한 금속산화물 나노 분말은 광에 대한 투명성·양자 사이즈 효과·촉매활성 등 종래에 없는 특징적인 성질을 지님으로써 의약품, 화장품, 촉매, 잉크, 광학재료 등 광범위한 분야에서 나노입자의 특징적인 성질을 활용한 재료개발이 현재 활발히 진행되고 있으나 이들을 다양한 분야에 적용하기 위해서는 선결조건으로 액체나 수지 등에 안정하게 분산시킬 수 있는 분산기술의 확보가 필수적이다.

나노 입자가 안정하게 분산하기 위해서는 ① 입자간의 정전반발력의활용, ② 계면활성제를 사용한 분산매체와 친화성의 향상, ③ 입자표면장식에 의한 표면개질 등의 기술이 적용되고 있는데 특히 용액 중으로의 입자 분산에 관하여는 입자 사이에 작용하는 정전반발작용과 반데르발스 인력과의 합을 깨닫는 것이 중요하고, 입자의 등전점 부근에서의 입자응집을 방지할 목적으로 분산매체의 이온강도·pH를 억제하는 것이 중요하다.

또한, 나노입자의 합성에 있어서 계면제어는 그의 분산기술에 직결하는 것이기 때문에 나노입자와 형태제어제의 불균일계면의 정밀한 이해가 필요하다.

고품위를 구현할 수 있는 대량 연속 합성 기술의 부재가 산화물 나노소재의 산업화 및 응용 확대에 가장 큰 걸림돌이 되고 있다.

산화물 나노소재산업은 기술 및 자본 집약적인 산업이며, 특히 원재료의 가공, 표면개질, 기능화 등의 연계기술은 중소기업 주도의 산업 특성에 적합하다.

산화물 나노소재는 타산업과의 융복합 가능성이 매우 크므로 전방산업으로의 시너지 효과가 큰 분야이며, 연계기술의 고도화를 통해 응용범위를 확대하고 대외 기술우위를 점할 수 있는 분야이므로 본 발명을 통해 독창적 습식합성 방법을 기반으로 다양한 구조의 ZnO 나노구조물을 손쉽게 제조, 양산할 수 있는 기술을 개발하고 응용분야에 대응이 필요하게 되었다.

기능성 무기입자는 재료의 구조와 기능에 따라 자동차, 전자, 우주항공, 의료 및 군수 등 광범위한 첨단 기술 융합 산업에 이용되고 있을 뿐만 아니라 현 소비자들의 제품에 대한 기술적 성숙도 증가로 인해 제품의 고품질화를 요구함으로서 생활용품, 가전제품 등에서도 기능성 무기 입자의 활용 이 증대되어 지고 있다.

기능성 무기입자 중에서도 산화아연(ZnO)은 자외선 차단 및 적외선 흡수, 항균성, 전도성, 광촉매 등의 특성을 가지고 있어 자외선 차단제, 위생용품, 타이어, 자동차, 군수, 광·전자소재 분야 등 여러 산업 분야에 응용되어지고 있다.

특히, 산화아연은 자외선 차단제의 주성분으로 주로 화장품 분야에서 사용되고 있고 2013년도 시장을 기준으로 자외선 차단제의 세계 시장 규모는 약56억 달러에 이르며 국내 시장은 4300억 원 정도를 차지하는데 이는 미국과 중국 다음으로 세계에서 세 번째로 큰 시장으로 최근 3년간 연평균 6.38%의 높은 성장률을 보이고 있어, 인구 규모에 비해 상대적으로 시장점유율이 매우 높게 나타남으로서 고기능성 산화아연 개발과 동시에 연관 산업이 세계적 수준으로 발전하게 될 것으로 전망된다.

또한, 산화아연은 자동차 산업, 전자 산업 등 세계적인 경쟁력을 가진 유망산업 분야에 사용 되어 지고 있으므로 이러한 기능성 산화아연 관련 기술들을 적용 시켜 높은 기술성을 확보함에 따라 국가 경쟁력 제고에 기여할 것으로 전망된다.

산화아연은 섬유에 첨가할 경우 자외선 차단 기능과 항균성이 부여되므로 의류 중 아웃도어 제품에 적용을 많이 하고 있음. 2012년 이후 아웃도어 라이프스타일 시대가 본격적으로 확대됨에 따라 등산복, 스키복, 래시가드, 골프웨어, 텐트 등 몸을 보호하기 위해 착용하는 기능성 아웃도어 의류 및 캠핑 제품들의 수요가 꾸준한 성장하는 추세임. 글로벌 아웃도어 패션시장은 19조 9천억 원으로 추정되며 최근 5년간 연평균 성장률 4.4%로 안정적인 성장세를 보이고 있으며, 또한, 미래에도 3.5%의 성장이 전망됨. 이에 따라 고기능성 산화아연을 개발하여 수출함으로써 얻는 성과 매출액은 상당할 것으로 전망된다.

또한, 산화아연는 자외선 차단 및 항균성을 가지고 있어 화장품 원료, 항균코팅섬유, 건물 내외장의 코팅, 자동차용 필름제 등 다양한 산업분야에 사용되어지고 있다.

그 외에도 기능성 산화아연의 산업적 요구가 존재함에 따라 국내 벤처기업과 중소기업들을 중심으로 기능성 산화아연이 적용된 제품들을 광범위하게 생산하여 글로벌 기업으로 성장해나갈 기회를 마련하여 해외시장의 수출확대 및 국내 내수 시장 성장이 예상되므로, 독창적 습식합성 방법을 기반으로 다양한 구조의 ZnO 나노구조물을 손쉽게 제조, 양산할 수 있는 기술을 개발하고 응용분야에 대응할 수 있는 분산 기술을 확보가 필요하게 되었다.

기 확보하고 있는 다양한 금속산화물 나노구조체 제조 기술 및 ZnO 나노소재의 제조 기술 특허를 기반으로 도핑, 분산 특성 제어 등 상업화 요소기술을 더하여 독창적인 나노소재 양산 기술을 개발이 필요하다.

산화아연의 공업적인 용도로 판매되고 있는 제품들은 천연에서 채취한 제품들이라 가격은 저렴하나 그 구조적인 형상과 입자사이즈가 불균일하여, 화장품 원료로 사용하기는 힘든 부분이 있어 공업적 합성 방법의 개발이 필요하다.

1. 한국등록특허공보 제 10-1606794 (등록일자 : 2016년 03월 22일) 열처리를 이용한 ＺｎＳ-ＺｎＯ 복합체 형성 방법 및 그에 의해 제조되는 ＺｎＳ-ＺｎＯ 복합체 2. 한국등록특허공보 제 10-1633739 (등록일자 : 2016년 06월 21일) 산화아연 양극활물질의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 산화아연 양극활물질 3. 한국등록특허공보 제 10-1607481 (등록일자 : 2016년 03월 24일) 실리카 코팅된 산화아연 나노입자 제조방법, 이를 이용한 실리카 코팅된 산화아연-고분자수지 매트릭스 제조방법 및 용도 4. 한국등록특허공보 제 10-1600682 (등록일자 : 2016년 02월 29일) 산화아연 나노로드 전극을 이용한 전기화학발광 셀 5. 한국등록특허공보 제 10-1617994 (등록일자 : 2016년 04월 27일) 산화아연 나노 분말 제조방법 및 이에 의해 제조되는 산화아연 나노 분말 6. 한국등록특허공보 제 10-1599906 (등록일자 : 2016년 02월 24일) 알콕시 곁사슬을 도입한 공액 고분자전해질에 의해 표면개질된 산화아연 나노입자의 합성방법 및 이를 이용한 고분자 발광소자

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 유기용매에 산화아연 전구체를 혼합하여 제1혼합물을 만들고, 상기 제1혼합물에 수산화나트륨을 혼합하여 제2혼합물을 만든 후, 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하기 위하여 수열합성기를 이용하여 수열합성으로 균일한 나노판상의 결정상을 가진 산화아연을 만드는 습식합성 방법인 자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 산화아연(ZnO)의 합성방법은 화장품에서 자외선차단 기능을 갖추기 위한 원료로 사용되며, 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하기 위하여 나노판상(Nanoplate Phase) 구조를 가진 산화아연(ZnO)의 합성에 관한 것으로, 유기용매인 에탄올(Ethanol : CH₃CH₂OH) 100 중량부에 상기 산화아연(ZnO)의 전구체인 염화아연(Zinc Chloride : ZnCl2) 5~12 중량부를 투입하여 일정 시간 일정 온도에서 교반하여 상기 제1혼합물을 만드는 제 1단계와; 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨(Sodium Hydroxide : NaOH) 20~35 중량부 투입하여 일정 온도에서 일정 시간 교반하여 상기 제2혼합물을 만드는 제 2단계와; 상기 제2혼합물을 상기 수열합성기에서 일정 승온속도로 승온 시킨 후 목표온도에서 상기 수열합성기의 교반기로 일정 회전수로 회전시키면서 내부압력이 일정압력으로 형성되게 일정시간 동안 반응시키는 수열합성으로 상기 ZnO 합성물을 얻는 제 3단계와; 완전한 반응을 위해 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 일정 온도까지 서냉시키는 홀딩타임을 갖는 제 4단계와; 상기 제 4단계를 거쳐 상기 수열합성기의 내부 압력이 0~0.05kgf/cm²G 를 유지하게 되면, 상기 ZnO 합성물에 증류수를 주입하여 급속 냉각을 시키는 제 5단계와; 상기 ZnO 합성물에서 상기 수산화나트륨에 의한 잔류 알칼리 화합물과 불순물을 제거하기 위하여 수세 및 원심력을 이용하여 상기 산화아연(ZnO)과 잔류 알칼리 화합물 및 불순물을 분리하는 제 6단계와; 불순물 분리공정을 거친 상기 산화아연(ZnO)을 건조시켜 순도 99% 이상의 나노판상의 산화아연(ZnO)을 제조하는 제 7단계를 포함하여 구성된다.

상기 제 1단계에서 상기 제1혼합물은 상기 에탄올 100 중량부에 상기 염화아연 5~12 중량부를 투입한 후 상온에서 8~15분간 교반하여 제조된다.

상기 제 2단계에서 상기 제2혼합물은 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨 20~35 중량부 투입한 후 상온 상태에서 25~35분 교반하여 제조된다.

상기 제 3단계에서 상기 ZnO 합성물은 상기 수열합성기에서 상기 제2혼합물을 승온속도는 3℃/min로 170~190℃까지 승온시킨 후 450~550rpm의 회전속도로 교반기를 회전하고 내부압력이 16~20kgf/cm²G 상태에서 85~95분 동안 반응시켜 제조한다.

상기 제 4단계에서 상기 ZnO 합성물은 100 ℃까지 냉각되며, 냉각시간은 110~130분이다.

상기 제 5단계에서 상기 증류수는 상기 ZnO 합성물 100 중량부에 25~40 중량부를 투입하여 급속냉각시킨다.

상기 제 6단계는 상기 ZnO 합성물을 정제수로 세척하는 수세공정과; 상기 수세공정 후 원심분리기에서 원심력을 이용하여 성분과 비중이 다른 물질을 분리하는 원심분리공정과; 상기 수세공정과 원심분리공정을 4~6회 반복하는 반복공정으로 구성된다.

상기 제 7단계는 150℃ 이상의 열풍이 공급되는 건조챔버 또는 스프레이 드라이어(Spray Dryer)에서 상기 산화아연(ZnO)이 건조된다.

본 발명의 화장품 조성물은 자외선차단 기능을 위한 원료로 사용되며, 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하기 위하여 나노판상(Nanoplate Phase) 구조를 가진 산화아연(ZnO)을 포함하여 조성되며, 이온교환수지로 이온을 제거한 탈이온수(Deionized Water) 100 중량부에 대하여 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선차단과, 피부침투를 방지하여 피부보호 기능을 추가를 위한 상기 산화아연(ZnO) 3~5 중량부를 포함하여 조성된다.

상기 화장품 조성물은 이온교환수지로 이온을 제거한 탈이온수(Deionized Water) 100 중량부에 대하여 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선차단과 피부보호 기능을 추가를 위한 상기 산화아연(ZnO) 3~5 중량부와; 용제로 사용되는 뷰틸렌글리콜(Butylene Glycol) 2.5~3.5 중량부와; 화장품이 변질되는 것을 방지하기 위한 산화방지제로 사용되는 디소듐이디티에이(Disodium EDTA) 0.01~0.03 중량부와; 수용성으로 점도를 증가시키는 점증제 역할을 하는 카보머(Carbomer : Poly Acrylic Acid) 0.2~0.4 중량부와; 변색을 방지하는 변색방지제 기능과, 동시에 UVA와 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실메톡시신나메이트(Ethylhexyl Methoxycinnamate) 2.5~4.0 중량부와; 피부를 노화시키는 UVA의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 비스-에칠헥실옥시페놀 메톡시페닐트리아진(Bis-Ethylhexyloxyphenol Methoxyphenyl Triazine) 2~4 중량부와; 피부에 화상을 입히는 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실살리실레이트(Ethylhexyl Salicylate) 1.8~2.4 중량부와; 피부를 유연하고 부드럽게 개선시키는 피부유연제 기능을 하는 C12-15알킬벤조에이트(C12-15 Alkyl Benzoate) 1.8~2.6 중량부와; 상기 산화아연과 더불어 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선 차단제로 티타늄디옥사이드(Titanium dioxide) 4~6 중량부와; 화장품이 퍼짐성을 용이하게 하는 유동성과 부드러운 발림성을 가지는 하는 사이클로헥사실록산(Cyclohexasiloxane) 1.8~2.4 중량부와; 서로 섞이지 않는 성분들의 계면을 안정화 시키기 위한 계면활성제와 유화제 역할을 하는 소르비탄이소스테아레이트 (Sorbitan Isostearate) 1.2~1.8 중량부와; 서로 섞이지 않는 다른 물질들의 계면에 흡착하여 균일하게 분산시키기 위한 활성물질 역할을 하며 유화 안정에 도움을 주는 원료인 폴리소베이트 20(Polysorbate 20) 0.3~0.7 중량부와; 방부제의 향균력을 증가시켜주고, 피부를 활력있게 만들어주는 피부컨디셔닝제 역할과, 다른 성분을 용해시키는 용제 역할도 하는 에칠헥실글리세린(Ethylhexyl Glycerin) 0.3~0.7 중량부와; 방부제와 보류제의 역할을 하는 페녹시에탄올(phenoxyethanol) 0.2~0.4 중량부와; 화장품에 향기를 넣는 향료인 프레이그런스(Fragrance) 0.1~0.3 중량부를 포함하여 구성된다.

상술한 자외선차단제용 ZnO 합성방법과 자외선 차단제용 ZnO을 함유하는 화장품 조성물로 본 발명의 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있다.

본 발명의 자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물에 따르면 습식합성 방법으로 균일한 나노판상의 구조의 산화아연을 손쉽게 제조, 양산할 수 있어 자외선 차단제, 위생용품, 타이어, 자동차, 군수, 광전자소재 분야 등 여러 산업 분야에 응용할 수 있고, 이를 바탕으로 또 다른 구조의 산화아연을 양산할 수 있는 기술을 확보할 수 있으며, 특히 나노판상 구조일 때는 로드 구조나 기타 다른 구조보다 피부의 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하므로 자외전 차단용 크림에 적합하다.

도 1은 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법 제조순서도
도 2는 본 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법에 의해 제조된 산화아연(ZnO)의 SEM으로 찍은 조직사진
도 3은 본 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법에 의해 제조된 산화아연(ZnO)의 순도 Test Report
도 4는 본 발명에 사용되는 수열합성기 예시도
도 5는 자외선 차단제용 ZnO을 함유하는 화장품 제조방법 순서도

먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 "자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물"에 관한 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

다음의 실시 예는 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법 제조순서도이며, 도 2는 본 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법에 의해 제조된 산화아연(ZnO)의 SEM으로 찍은 조직사진이고, 도 3은 본 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법에 의해 제조된 산화아연(ZnO)의 순도 Test Report이며, 도 4는 본 발명에 사용되는 수열합성기 예시도이고, 도 5는 자외선 차단제용 ZnO을 함유하는 화장품 제조방법 순서도이다.

본 발명의 산화아연(ZnO)의 합성방법은 화장품에서 자외선차단 기능을 갖추기 위한 원료로 사용되며, 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하기 위하여 나노판상(Nanoplate Phase) 구조를 것을 제조하는 것이다.

상기 합성방법은 유기용매 100 중량부에 산화아연(ZnO) 전구체 5~12 중량부를 혼합하여 제1혼합물을 만들고, 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨(Sodium Hydroxide : NaOH) 20~35 중량부를 혼합하여 제2혼합물을 만든 후 균일한 나노판상의 결정상을 얻기 위해 수열합성기를 이용한 수열합성으로 ZnO 합성물을 제조하는 단계를 포함한다.

상기 수열합성은 액상합성법의 하나로 고온고압하에서 물 또는 수용액(Thermal Solution or Fluid)을 이용하여 물질을 합성하는 프로세스를 총칭하여 말하며, 금속염, 산화물, 수화물 혹은 금속 분말을 용액 상태나 현탄액 상태에서 물질의 용해도, 온도, 압력 및 용매의 농도에 의해 의존하는 특성을 이용하여 합성하거나 결정을 성장시키는 방법을 말한다.

상기 산화아연(ZnO)은 다양한 구조 및 형태로 제조가 가능하며, 이들 중 화장품 원료로 사용하기에 적합한 구조는 나노판상(Nanoplate Phase)이며, 그 사이즈는 피부의 모공보다 큰 100~300um가 적합하다.

본 발명은 ZnO전구체를 이용하여 화장품 원료로 사용되는 자외선 차단제 성분인 산화아연(ZnO)을 제조하는 합성방법으로, 유기용매 100 중량부에 산화아연(ZnO) 전구체 5~12 중량부를 혼합하여 제1혼합물을 만들고, 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨(Sodium Hydroxide : NaOH) 20~35 중량부를 혼합하여 제2혼합물을 만든 후 수열합성으로 산화아연(ZnO)를 제조하는 기술로 합성 조건(시간, 온도, 교반속도, 첨가량)에 따른 사이즈 및 수득률, 생산시간을 조절할 수 있으며, 이는 ZnO를 합성하기 위해 사용되는 원료인 ZnO 전구체가 고온 고압에 의해 용해되어 치환 및 합성이 이루어지므로 이러한 조건을 만족시키기 위해 유기용매로 반응하는 것이다. 동일 온도 조건에서 물과 에탄올의 압력차이는 실험적인 DATA를 통해 3배 가까이 차이가 나는 것으로 확인되었다.

도 1에 도시되어 있는 것 같이 상기 합성방법은 유기용매인 에탄올(Ethanol : CH3CH2OH) 100 중량부에 상기 산화아연(ZnO)의 전구체인 염화아연(Zinc Chloride : ZnCl2) 5~12 중량부를 투입하여 일정 시간 일정 온도에서 교반하여 상기 제1혼합물을 만드는 제 1단계와; 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨(Sodium Hydroxide : NaOH) 20~35 중량부 투입하여 일정 온도에서 일정 시간 교반하여 상기 제2혼합물을 만드는 제 2단계와; 상기 제2혼합물을 상기 수열합성기에서 일정 승온속도로 승온 시킨 후 목표온도에서 상기 수열합성기의 교반기로 일정 회전수로 회전시키면서 내부압력이 일정압력으로 형성되게 일정시간 동안 반응시키는 수열합성으로 상기 ZnO 합성물을 얻는 제 3단계와; 완전한 반응을 위해 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 일정 온도까지 서냉시키는 홀딩타임을 갖는 제 4단계와; 상기 제 4단계를 거쳐 상기 수열합성기의 내부 압력이 0~0.05kgf/cm²G 를 유지하게 되면, 상기 ZnO 합성물에 증류수를 주입하여 급속 냉각을 시키는 제 5단계와; 상기 ZnO 합성물에서 상기 수산화나트륨에 의한 잔류 알칼리 화합물과 불순물을 제거하기 위하여 수세 및 원심력을 이용하여 상기 산화아연(ZnO)과 잔류 알칼리 화합물 및 불순물을 분리하는 제 6단계와; 불순물 분리공정을 거친 상기 산화아연(ZnO)을 건조시켜 순도 99% 이상의 나노판상의 산화아연(ZnO)을 제조하는 제 7단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 산화아연(ZnO)의 합성방법을 단계별로 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 제 1단계는 유기용매인 에탄올(Ethanol : CH₃CH₂OH) 100 중량부에 상기 산화아연(ZnO)의 전구체인 염화아연(Zinc Chloride : ZnCl₂) 5~12 중량부를 투입하여 일정 시간 일정 온도에서 교반하여 상기 제1혼합물을 만드는 제1혼합물 제조단계이다.

상기 제 1단계는 상기 에탄올과 염화아연을 계량하고, 혼합탱크에 먼저 상기 에탄올을 투입한 후 상기 염화아연을 투입하는 원료투입단계인 제 1-1단계와, 상기 혼합탱크의 교반기로 상온에서 8~15분간 교반하는 원료 교반 혼합단계인 제 1-2단계와; 교반하여 제1혼합물을 완성시키는 제 1-3단계로 구성된다.

상기 제 2단계는 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨(Sodium Hydroxide : NaOH) 20~35 중량부 투입하여 일정 온도에서 일정 시간 교반하여 상기 제2혼합물을 만드는 제2혼합물 제조단계이다.

상기 제 2단계는 상기 제1혼합물이 있는 상기 제1혼합물 100 중량부에 대하여 상기 수산화나트륨 20~35 중량부를 계량하여 상기 혼합탱크에 투입하는 수산화나트륨 투입단계인 제 2-1단계와; 상온 상태에서 25~35분 교반하는 교반혼합단계인 제 2-2단계와; 교반 완료 후 상기 제2혼합물을 완성시켜 제조하는 제 2-3단계로 구성된다.

상기 제 3단계는 상기 제2혼합물을 상기 수열합성기에서 일정 승온속도로 승온 시킨 후 목표온도에서 상기 수열합성기의 교반기로 일정 회전수로 회전시키면서 내부압력이 일정압력으로 형성되게 일정시간 동안 반응시키는 수열합성으로 상기 ZnO 합성물을 얻는 ZnO합성물 제조단계이다.

상기 제 3단계는 상기 수열합성기에서 상기 제2혼합물을 승온속도는 3℃/min로 170~190℃까지 승온시키는 승온단계인 제 3-1단계와; 상기 수열합성기에 있는 교반기로 450~550rpm의 회전속도로 교반기를 회전하는 교반단계인 제 3-2단계와; 상기 수열합성기의 내부압력이 16~20kgf/cm²G 상태에서 85~95분 동안 수열합성 반응시키는 반응단계인 제 3-3단계와; 교반 및 반응을 거쳐 ZnO합성물을 완성시키는 ZnO 합성물 완성단계인 제 3-4단계로 구성된다.

상기 수열합성은 액상합성법의 하나로 고온고압하에서 물 또는 수용액(Thermal Solution or Fluid)을 이용하여 물질을 합성하는 프로세스를 총칭하여 말하며, 금속염, 산화물, 수화물 혹은 금속 분말을 용액 상태나 현탄액 상태에서 물질의 용해도, 온도, 압력 및 용매의 농도에 의해 의존하는 특성을 이용하여 합성하거나 결정을 성장시키는 방법을 말한다.

액상합성법의 하나로 고온·고압하에서 물 또는 수용액(Thermal Solution or Fluid)을 이용하여 물질을 합성하는 것입니다. 또한 수열합성시에 용액의 용해도를 증가시키기 위해 광화제(mineralizer)를 첨가하기도 하는데 광화제의 존재 여부에 따라 액상에서 핵생성의 전이속도가 크게 달라진다. 수열합성시 합성온도를 낮추는 역할을 하는 것뿐만 아니라 원하는 합성물에 대해 선택적으로 생성시킬 수 있어서 광화제의 선택은 수열합성법에 있어서 매우 중요하며 본 발명에서는 Cl이 그 역할을 한다.

상기 수열합성(Hydrothermal Synthesis)는 뜨거운 물과 높은 압력 하에서 미너날(Mineral)들의 용해도에 의존하는 단결정(Single Crystal)의 합성방법으로 직접용융이 어려울 때 많이 쓰이는 합성방법이다.

상기 수열합성에서 열수용액(Hydrothermal Solution or Fluid)의 역할은 수열합성시 열과 압력의 전달 매체로서 반응제, 용매, 표면흡착제, 촉매 등의 역할을 하며 화학반응과 결정화 촉진, 이온교환이나 추출시 반응용매 역할 침식 및 고화 작용제의 역할을 한다.

상기 수열합성의 장점은 ① 반응속도가 빠르고 분산성이 좋으며,(균일한 결정상을 갖는 고용체나 화합물의 제조 용이) ② 입경, 형상, 입도분포, 조성 및 순도의 제어 가능 → 압력, 온도, 용액 및 첨가제의 조절하고, ③ 균일한 결정상의 미세입자 제조한다.

상기 수열합성의 특징은 ① 수 nm ~ 수 μm의 미립자 분말 합성이 가능하고, ② 결정상의 분말을 합성할 수 있기 때문에 기존의 세라믹스 합성에서 이용되는 소성 등의 조작이 필요가 없어 입자성장 등의 해결이 용이하며, ③ 원료중의 불순물이 열수에 용해되어 처리 후 분체의 순도 향상되고, ④ 입자가 용액 중에 고분산 되어 있어 입도 분포가 조밀하고, ⑤ 적정 합성조건에 따라 입자크기 제어가능하다.

도 4에 예시된 것과 같이 본 발명에 사용되는 상기 수열합성기는 Zn이 산소와 합성할 수 있도록 게이지 압력 30kg/cm² 이상, 온도 235℃ 이상 올릴 수 있어야 하고, 교반기가 형성되며, 온도 상승과 압력 유지에 대한 정밀한 공정 수행이 이루어질 수 있어야 한다.

상기 제 4단계는 완전한 반응을 위해 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 일정 온도까지 서냉시키는 홀딩타임을 갖는 ZnO 합성물 서냉 홀딩단계이다.

상기 제 4단계는 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 100 ℃까지 냉각시키는 냉각단계인 제 4-1단계와; 상기 ZnO 합성물을 110~130분 동안 홀딩시켜 완전 반응시키는 완전반응단계인 제 4-2단계로 구성된다.

상기 제 5단계는 상기 제 4단계를 거쳐 상기 수열합성기의 내부 압력이 0~0.05kgf/cm²G 를 유지하게 되면, 상기 ZnO 합성물에 증류수를 주입하여 급속 냉각을 시키는 ZnO 합성물 급냉단계이다.

상기 제 5단계는 상기 수열합성기에 상기 증류수를 상기 ZnO 합성물 100 중량부에 대하여 25~40 중량부를 투입시키는 증류수 주입단계인 제 5-1단계와; 증류수를 투입하여 급냉시키는 급냉단계인 제 5-2단계로 구성된다.

상기 제 6단계는 상기 ZnO 합성물에서 상기 수산화나트륨에 의한 잔류 알칼리 화합물과 불순물을 제거하기 위하여 수세 및 원심력을 이용하여 상기 산화아연(ZnO)과 잔류 알칼리 화합물 및 불순물을 분리하는 ZnO에서 불순물 분리단계이다.

상기 제 6단계는 상기 ZnO 합성물을 불순물을 제거하기 위해 이온교환수지의 필터를 통과한 정제수로 세척하는 수세공정인 제 6-1단계와; 상기 수세공정 후 원심분리기에서 원심력을 이용하여 성분과 비중이 다른 물질을 분리하는 원심분리공정인 제 6-2단계와; 상기 수세공정과 원심분리공정을 4~6회 반복하는 반복공정인 제 6-3단계로 구성된다.

상기 제 7단계는 불순물 분리공정을 거친 상기 산화아연(ZnO)을 건조시켜 순도 99% 이상의 나노판상의 산화아연(ZnO)을 제조하는 건조단계이다.

상기 제 7단계는 150℃ 이상의 열풍이 공급되는 건조챔버 또는 스프레이 드라이어(Spray Dryer)에서 상기 산화아연(ZnO)가 건조된다.

도 2는 본 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법에 의해 제조된 산화아연(ZnO)의 SEM(Scanning Electron Microscope : 주사전자현미경)으로 찍은 조직사진으로 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 어렵게 하는 나노판상(Nanoplate Phase) 구조인 것을 보여준다.

도 3은 본 발명의 산화아연(ZnO) 합성방법에 의해 제조된 산화아연(ZnO)의 순도를 검사를 위해 한국화학융합시험연구원에 의뢰해서 회신받은 테스트 리포트로서 순도가 99.3%가 나왔음을 보여준다.

본 발명의 자외선 차단제용 ZnO 합성방법에 따르면 습식합성 방법으로 균일한 나노판상의 구조의 산화아연을 손쉽게 제조, 양산할 수 있어 자외선 차단제, 위생용품, 타이어, 자동차, 군수, 광전자소재 분야 등 여러 산업 분야에 응용할 수 있고, 이를 바탕으로 또 다른 구조의 산화아연을 양산할 수 있는 기술을 확보할 수 있다.

본 발명의 화장품 조성물은 자외선차단 기능을 위한 원료로 사용되며, 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하기 위하여 나노판상(Nanoplate Phase) 구조를 가진 산화아연(ZnO)을 포함하여 조성된다.

상기 화장품 조성물은 이온교환수지로 이온을 제거한 탈이온수(Deionized Water) 100 중량부에 대하여 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA(Ultraviolet A : 파장이 320~390nm인 자외선)와 UVB(Ultraviolet B : 파장이 315~280nm인 자외선)를 동시에 차단하는 물리적 자외선차단과, 피부침투를 방지하여 피부보호 기능을 추가를 위한 상기 산화아연(ZnO) 3~5 중량부를 포함하여 조성된다.

세부적인 조성물을 포함한 본 발명의 상기 화장품 조성물은 이온교환수지로 이온을 제거한 탈이온수(Deionized Water) 100 중량부에 대하여 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선차단과 피부보호 기능을 추가를 위한 상기 산화아연(ZnO) 3~5 중량부와; 용제로 사용되는 뷰틸렌글리콜(Butylene Glycol) 2.5~3.5 중량부와; 화장품이 변질되는 것을 방지하기 위한 산화방지제로 사용되는 디소듐이디티에이(Disodium EDTA) 0.01~0.03 중량부와; 수용성으로 점도를 증가시키는 점증제 역할을 하는 카보머(Carbomer : Poly Acrylic Acid) 0.2~0.4 중량부와; 변색을 방지하는 변색방지제 기능과, 동시에 UVA와 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실메톡시신나메이트(Ethylhexyl Methoxycinnamate) 2.5~4.0 중량부와; 피부를 노화시키는 UVA의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 비스-에칠헥실옥시페놀 메톡시페닐트리아진(Bis-Ethylhexyloxyphenol Methoxyphenyl Triazine) 2~4 중량부와; 피부에 화상을 입히는 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실살리실레이트(Ethylhexyl Salicylate) 1.8~2.4 중량부와; 피부를 유연하고 부드럽게 개선시키는 피부유연제 기능을 하는 C12-15알킬벤조에이트(C12-15 Alkyl Benzoate) 1.8~2.6 중량부와; 상기 산화아연과 더불어 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선 차단제로 티타늄디옥사이드(Titanium dioxide) 4~6 중량부와; 화장품이 퍼짐성을 용이하게 하는 유동성과 부드러운 발림성을 가지는 하는 사이클로헥사실록산(Cyclohexasiloxane) 1.8~2.4 중량부와; 서로 섞이지 않는 성분들의 계면을 안정화 시키기 위한 계면활성제와 유화제 역할을 하는 소르비탄이소스테아레이트 (Sorbitan Isostearate) 1.2~1.8 중량부와; 서로 섞이지 않는 다른 물질들의 계면에 흡착하여 균일하게 분산시키기 위한 활성물질 역할을 하며 유화 안정에 도움을 주는 원료인 폴리소베이트 20(Polysorbate 20) 0.3~0.7 중량부와; 방부제의 향균력을 증가시켜주고, 피부를 활력있게 만들어주는 피부컨디셔닝제 역할과, 다른 성분을 용해시키는 용제 역할도 하는 에칠헥실글리세린(Ethylhexyl Glycerin) 0.3~0.7 중량부와; 방부제와 보류제의 역할을 하는 페녹시에탄올(phenoxyethanol) 0.2~0.4 중량부와; 화장품에 향기를 넣는 향료인 프레이그런스(Fragrance) 0.1~0.3 중량부를 포함하여 구성된다.

상기 산화아연(ZnO)는 상술할 것 같이 상기 산화아연(ZnO)은 유기용매인 에탄올(Ethanol : CH₃CH₂OH) 100 중량부에 상기 산화아연(ZnO)의 전구체인 염화아연(Zinc Chloride : ZnCl₂) 5~12 중량부를 투입하여 일정 시간 일정 온도에서 교반하여 제1혼합물을 만드는 제 1단계와; 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨(Sodium Hydroxide : NaOH) 20~35 중량부 투입하여 일정 온도에서 일정 시간 교반하여 제2혼합물을 만드는 제 2단계와; 상기 제2혼합물을 균일한 나노판상의 결정상을 얻기 위해 수열합성기에서 일정 승온속도로 승온 시킨 후 목표온도에서 상기 수열합성기의 교반기로 일정 회전수로 회전시키면서 내부압력이 일정압력으로 형성되게 일정시간 동안 반응시키는 수열합성으로 상기 ZnO 합성물을 얻는 제 3단계와; 완전한 반응을 위해 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 일정 온도까지 서냉시키는 홀딩타임을 갖는 제 4단계와; 상기 제 4단계를 거쳐 상기 수열합성기의 내부 압력이 0~0.05kgf/cm²G 를 유지하게 되면, 상기 ZnO 합성물에 증류수를 주입하여 급속 냉각을 시키는 제 5단계와; 상기 ZnO 합성물에서 상기 수산화나트륨에 의한 잔류 알칼리 화합물과 불순물을 제거하기 위하여 수세 및 원심력을 이용하여 상기 산화아연(ZnO)과 잔류 알칼리 화합물 및 불순물을 분리하는 제 6단계와; 불순물 분리공정을 거친 상기 산화아연(ZnO)을 건조시켜 순도 99% 이상의 나노판상의 산화아연(ZnO)을 제조하는 제 7단계를 포함하는 제조방법으로 제조된다.

상기 제 1단계에서 상기 제1혼합물은 상기 에탄올 100 중량부에 상기 염화아연 5~12 중량부를 투입한 후 상온에서 8~15분간 교반하여 제조되고, 상기 제 2단계에서 상기 제2혼합물은 상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨 20~35 중량부 투입한 후 상온 상태에서 25~35분 교반하여 제조되며, 상기 제 3단계에서 상기 ZnO 합성물은 상기 수열합성기에서 상기 제2혼합물을 승온속도는 3℃/min로 170~190℃까지 승온시킨 후 450~550rpm의 회전속도로 교반기를 회전하고 내부압력이 16~20kgf/cm2 상태에서 85~95분 동안 반응시켜 제조하고, 상기 제 4단계에서 상기 ZnO 합성물은 100 ℃까지 냉각되며, 냉각시간은 110~130분이고, 상기 제 5단계에서 상기 증류수는 상기 ZnO 합성물 100 중량부에 25~40 중량부를 투입하여 급속냉각시킨다.

상기 제 6단계는 상기 ZnO 합성물을 불순물을 제거하기 위해 이온교환수지의 필터를 통과한 정제수로 세척하는 수세공정과; 상기 수세공정 후 원심분리기에서 원심력을 이용하여 성분과 비중이 다른 물질을 분리하는 원심분리공정과; 상기 수세공정과 원심분리공정을 4~6회 반복하는 반복공정으로 구성된다.

상기 제 7단계는 150℃ 이상의 열풍이 공급되는 건조챔버 또는 스프레이 드라이어(Spray Dryer)에서 상기 산화아연(ZnO)이 건조된다.

상세한 상기 산화아연(ZnO)의 제조방법은 상술할 것과 동일하므로 화장품 조성물에서는 생략한다.

도 5에 도시되어 있는 것 같이 본 발명의 화장품 조성물에 의한 자외선 차단 화장품 제조방법은 아래와 같다.

상기 외선 차단 화장품 제조방법은 변색을 방지하는 변색방지제 기능과, 동시에 UVA와 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실메톡시신나메이트(Ethylhexyl Methoxycinnamate) 2.5~4.0 중량부와, 피부를 노화시키는 UVA의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 비스-에칠헥실옥시페놀 메톡시페닐트리아진(Bis-Ethylhexyloxyphenol Methoxyphenyl Triazine) 2~4 중량부와, 피부에 화상을 입히는 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실살리실레이트(Ethylhexyl Salicylate) 1.8~2.4 중량부와, 피부를 유연하고 부드럽게 개선시키는 피부유연제 기능을 하는 C12-15알킬벤조에이트(C12-15 Alkyl Benzoate) 1.8~2.6 중량부와, 상기 산화아연과 더불어 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선 차단제로 티타늄디옥사이드(Titanium dioxide) 4~6 중량부와, 화장품이 퍼짐성을 용이하게 하는 유동성과 부드러운 발림성을 가지는 하는 사이클로헥사실록산(Cyclohexasiloxane) 1.8~2.4 중량부와, 서로 섞이지 않는 성분들의 계면을 안정화 시키기 위한 계면활성제와 유화제 역할을 하는 소르비탄이소스테아레이트 (Sorbitan Isostearate) 1.2~1.8 중량부와, 서로 섞이지 않는 다른 물질들의 계면에 흡착하여 균일하게 분산시키기 위한 활성물질 역할을 하며 유화 안정에 도움을 주는 원료인 폴리소베이트 20(Polysorbate 20) 0.3~0.7 중량부를 혼합탱크에 넣고 80℃ 까지 가열하고 교반하여 용해시켜 A혼합물을 만드는 제 A단계와;

상기 제 A단계에서 제조된 상기 A혼합물에 이온교환수지로 이온을 제거한 탈이온수(Deionized Water) 100 중량부와, 용제로 사용되는 뷰틸렌글리콜(Butylene Glycol) 2.5~3.5 중량부와, 화장품이 변질되는 것을 방지하기 위한 산화방지제로 사용되는 디소듐이디티에이(Disodium EDTA) 0.01~0.03 중량부와, 수용성으로 점도를 증가시키는 점증제 역할을 하는 카보머(Carbomer : Poly Acrylic Acid) 0.2~0.4 중량부를 넣고 다시 80℃ 까지 가열하여 용해시켜 B혼합물을 제조하는 제 B단계와; 상기 B혼합물을 유화기에 이송하여 호모믹서를 이용하여 2500~3000rpm의 교반속도로 8~10분간 1차 유화시켜 C혼합물을 제조하는 제 C단계와; 상기 C혼합물을 교반하면서 쿨링자켓을 이용하여 40~45℃까지 냉각시키는 제 D단계와; 냉각된 C혼합물에 방부제의 향균력을 증가시켜주고, 피부를 활력있게 만들어주는 피부컨디셔닝제 역할과, 다른 성분을 용해시키는 용제 역할도 하는 에칠헥실글리세린(Ethylhexyl Glycerin) 0.3~0.7 중량부와, 방부제와 보류제의 역할을 하는 페녹시에탄올(phenoxyethanol) 0.2~0.4 중량부와, 화장품에 향기를 넣는 향료인 프레이그런스(Fragrance) 0.1~0.3 중량부를 첨가하여 유화기의 패덜믹서를 이용하여 10~20rpm의 저속으로 8~10분간 교반시키면서 완전 용해시켜 자외선 차단제 화장품을 완성시키는 제 E단계를 포함하여 구성된다.

본 발명의 화장품 조성물은 나노판상 구조의 상기 산화아연(ZnO)이 포함되어 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선차단과, 피부침투를 방지하여 피부보호 기능을 향상시켰다.

본 발명의 자외선 차단제용 ZnO 합성방법 및 이를 함유하는 화장품 조성물에 따르면 습식합성 방법으로 균일한 나노판상의 구조의 산화아연을 손쉽게 제조, 양산할 수 있어 자외선 차단제, 위생용품, 타이어, 자동차, 군수, 광전자소재 분야 등 여러 산업 분야에 응용할 수 있고, 이를 바탕으로 또 다른 구조의 산화아연을 양산할 수 있는 기술을 확보할 수 있으며, 특히 나노판상 구조일 때는 로드 구조나 기타 다른 구조보다 피부의 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하므로 자외전 차단용 크림에 적합하다.

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7. 자외선차단 기능을 위한 원료로 사용되며, 모공을 통해 피부로 침투되는 것을 방지하기 위하여 나노판상(Nanoplate Phase) 구조를 가진 산화아연(ZnO)을 포함하여 조성되는 화장품 조성물에 있어서,
   상기 화장품 조성물은 이온교환수지로 이온을 제거한 탈이온수(Deionized Water) 100 중량부에 대하여 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선차단과 피부보호 기능을 추가를 위한 상기 산화아연(ZnO) 3~5 중량부와;
   용제로 사용되는 뷰틸렌글리콜(Butylene Glycol) 2.5~3.5 중량부와;
   화장품이 변질되는 것을 방지하기 위한 산화방지제로 사용되는 디소듐이디티에이(Disodium EDTA) 0.01~0.03 중량부와;
   수용성으로 점도를 증가시키는 점증제 역할을 하는 카보머(Carbomer : Poly Acrylic Acid) 0.2~0.4 중량부와;
   변색을 방지하는 변색방지제 기능과, 동시에 UVA와 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실메톡시신나메이트(Ethylhexyl Methoxycinnamate) 2.5~4.0 중량부와;
   피부를 노화시키는 UVA의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 비스-에칠헥실옥시페놀 메톡시페닐트리아진(Bis-Ethylhexyloxyphenol Methoxyphenyl Triazine) 2~4 중량부와;
   피부에 화상을 입히는 UVB의 화학적 자외선차단 기능을 향상시키는 에칠헥실살리실레이트(Ethylhexyl Salicylate) 1.8~2.4 중량부와;
   피부를 유연하고 부드럽게 개선시키는 피부유연제 기능을 하는 C12-15알킬벤조에이트(C12-15 Alkyl Benzoate) 1.8~2.6 중량부와;
   상기 산화아연과 더불어 피부 표면에 보호막을 만들어 UVA와 UVB를 동시에 차단하는 물리적 자외선 차단제로 티타늄디옥사이드(Titanium dioxide) 4~6 중량부와;
   화장품이 퍼짐성을 용이하게 하는 유동성과 부드러운 발림성을 가지는 하는 사이클로헥사실록산(Cyclohexasiloxane) 1.8~2.4 중량부와;
   서로 섞이지 않는 성분들의 계면을 안정화 시키기 위한 계면활성제와 유화제 역할을 하는 소르비탄이소스테아레이트 (Sorbitan Isostearate) 1.2~1.8 중량부와;
   서로 섞이지 않는 다른 물질들의 계면에 흡착하여 균일하게 분산시키기 위한 활성물질 역할을 하며 유화 안정에 도움을 주는 원료인 폴리소베이트 20(Polysorbate 20) 0.3~0.7 중량부와;
   방부제의 향균력을 증가시켜주고, 피부를 활력있게 만들어주는 피부컨디셔닝제 역할과, 다른 성분을 용해시키는 용제 역할도 하는 에칠헥실글리세린(Ethylhexyl Glycerin) 0.3~0.7 중량부와;
   방부제와 보류제의 역할을 하는 페녹시에탄올(phenoxyethanol) 0.2~0.4 중량부와;
   화장품에 향기를 넣는 향료인 프레이그런스(Fragrance) 0.1~0.3 중량부를 포함하여 구성되고,
   상기 산화아연(ZnO)은 유기용매인 에탄올(Ethanol : CH₃CH₂OH) 100 중량부에 상기 산화아연(ZnO)의 전구체인 염화아연(Zinc Chloride : ZnCl₂) 5~12 중량부를 투입하여 일정 시간 일정 온도에서 교반하여 제1혼합물을 만드는 제 1단계와;
   상기 제1혼합물 100 중량부에 수산화나트륨(Sodium Hydroxide : NaOH) 20~35 중량부 투입하여 일정 온도에서 일정 시간 교반하여 제2혼합물을 만드는 제 2단계와;
   상기 제2혼합물을 균일한 나노판상의 결정상을 얻기 위해 수열합성기에서 일정 승온속도로 승온 시킨 후 목표온도에서 상기 수열합성기의 교반기로 일정 회전수로 회전시키면서 내부압력이 일정압력으로 형성되게 일정시간 동안 반응시키는 수열합성으로 상기 ZnO 합성물을 얻는 제 3단계와;
   완전한 반응을 위해 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 일정 온도까지 서냉시키는 홀딩타임을 갖는 제 4단계와;
   상기 제 4단계를 거쳐 상기 수열합성기의 내부 압력이 0~0.05kgf/cm²G 를 유지하게 되면, 상기 ZnO 합성물에 증류수를 주입하여 급속 냉각을 시키는 제 5단계와;
   상기 ZnO 합성물에서 상기 수산화나트륨에 의한 잔류 알칼리 화합물과 불순물을 제거하기 위하여 수세 및 원심력을 이용하여 상기 산화아연(ZnO)과 잔류 알칼리 화합물 및 불순물을 분리하는 제 6단계와;
   불순물 분리공정을 거친 상기 산화아연(ZnO)을 건조시켜 순도 99% 이상의 나노판상의 산화아연(ZnO)을 제조하는 제 7단계를 포함하는 제조방법으로 제조되며,
   상기 제 1단계는 상기 에탄올과 염화아연을 계량하고, 혼합탱크에 먼저 상기 에탄올을 투입한 후 상기 염화아연을 투입하는 원료투입단계인 제 1-1단계와, 상기 혼합탱크의 교반기로 상온에서 8~15분간 교반하는 원료 교반 혼합단계인 제 1-2단계와; 교반하여 제1혼합물을 완성시키는 제 1-3단계로 구성되고,
   상기 제 2단계는 상기 제1혼합물 100 중량부에 대하여 상기 수산화나트륨 20~35 중량부를 계량하여 상기 혼합탱크에 투입하는 수산화나트륨 투입단계인 제 2-1단계와; 상온 상태에서 25~35분 교반하는 교반혼합단계인 제 2-2단계와; 교반 완료 후 상기 제2혼합물을 완성시켜 제조하는 제 2-3단계로 구성되며,
   상기 제 3단계는 상기 수열합성기에서 상기 제2혼합물을 승온속도는 3℃/min로 170~190℃까지 승온시키는 승온단계인 제 3-1단계와; 상기 수열합성기에 있는 교반기로 450~550rpm의 회전속도로 교반기를 회전하는 교반단계인 제 3-2단계와; 상기 수열합성기의 내부압력이 16~20kgf/cm²G 상태에서 85~95분 동안 수열합성 반응시키는 반응단계인 제 3-3단계와; 교반 및 반응을 거쳐 ZnO합성물을 완성시키는 ZnO 합성물 완성단계인 제 3-4단계로 구성되고,
   상기 제 4단계는 상기 수열합성기의 게이지 압력이 0~0.05kgf/cm²G 및 100 ℃까지 냉각시키는 냉각단계인 제 4-1단계와; 상기 ZnO 합성물을 110~130분 동안 홀딩시켜 완전 반응시키는 완전반응단계인 제 4-2단계로 구성되며,
   상기 제 5단계는 상기 수열합성기에 상기 증류수를 상기 ZnO 합성물 100 중량부에 대하여 25~40 중량부를 투입시키는 증류수 주입단계인 제 5-1단계와; 증류수를 투입하여 급냉시키는 급냉단계인 제 5-2단계로 구성되고,
   상기 제 6단계는 상기 ZnO 합성물을 불순물을 제거하기 위해 이온교환수지의 필터를 통과한 정제수로 세척하는 수세공정인 제 6-1단계와; 상기 수세공정 후 원심분리기에서 원심력을 이용하여 성분과 비중이 다른 물질을 분리하는 원심분리공정인 제 6-2단계와; 상기 수세공정과 원심분리공정을 4~6회 반복하는 반복공정인 제 6-3단계로 구성되며,
   상기 제 7단계는 150℃ 이상의 열풍이 공급되는 건조챔버 또는 스프레이 드라이어(Spray Dryer)에서 건조되는 자외선 차단제용 ZnO을 함유하는 화장품 조성물
   
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