KR101822557B1 - Metal-doped UV-protective inorganic pigment and mill base comprising the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노크기가 아닌 이산화티탄과 산화아연을 2가 또는 3가의 금속원소를 도핑하는 모재로 사용하고, 이산화티탄 또는 산화아연의 결정형 변화에 영향을 미치지 않는 범위에서 구리 또는 철 원소를 도핑 함으로써, UV-B와 UV-A의 전 영역에서 차단효과를 충분히 발휘할 수 있을 뿐 아니라, 이산화티탄 또는 산화아연이 배합된 기존 밀 베이스의 가장 큰 단점인 백탁현상의 원인을 근본적으로 해소할 수 있는 무기안료 및 이를 포함하는 밀 베이스에 관한 것이다.The present invention uses titanium dioxide and zinc oxide, which are not nano-sized, as a base material to be doped with a divalent or trivalent metal element, and by doping copper or iron element within a range that does not affect the change of crystal form of titanium dioxide or zinc oxide , The UV-B and UV-A all over the area can be fully demonstrated, as well as titanium dioxide or zinc oxide, the main disadvantage of the existing mill base, Pigments and mill bases comprising them.
Description
본 발명은 금속원소를 도핑한 자외선 차단용 무기안료와 이를 포함하는 밀 베이스의 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 기능성 화장품의 하나인 자외선 차단 화장품에 배합하는 자외선 차단용 무기안료에 2가 또는 3가의 금속원소를 도핑하여 자외선 차단범위와 능력을 증폭한 후, 여기에 추가로 금속산화물 및 표면처리제를 코팅하여 제조한, 금속원소가 도핑된 자외선 차단용 무기안료 및 이를 화장품용 분산매질 속에 다양한 분산제와 함께 미리 분산해 놓음으로써 자외선 차단 화장품의 제조를 쉽게 할 수 있도록 만든 밀 베이스의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inorganic pigment for protecting ultraviolet rays doped with a metal element and a method for producing a mill base comprising the metallic element. More particularly, the present invention relates to an inorganic pigment for protecting ultraviolet rays, which is one of functional cosmetics, A metal element-doped ultraviolet-shielding inorganic pigment prepared by doping a metal element of the metal element and amplifying the ultraviolet blocking range and capability thereof and further coating the metal oxide and the surface treatment agent, And a method of manufacturing a mill base which makes it easy to manufacture an ultraviolet screening cosmetic.
지구 생물의 생명활동의 근원인 햇빛은 태양에서 핵융합으로 발생한 에너지가 전자기파의 형태로 지구에 도달한 것이다. 지구에 도달되는 햇빛은 파장이 가장 짧은 것에서 긴 순서로 감마선(Gamma-ray), 엑스선(X-ray), 자외선(Ultraviolet, UV), 가시광선(Visible), 적외선(Infrared), 라디오파(Radio wave)로 구분한다.The sunlight, the source of the life activity of the earth's creatures, is the energy generated by fusion in the sun reaching the Earth in the form of electromagnetic waves. The sunlight reaching the Earth can be divided into the shortest wavelength to the longest in the order of Gamma-ray, X-ray, Ultraviolet (UV), Visible, Infrared, wave.
이 가운데 자외선은 파장 범위에 따라 UV-C(200~290nm), UV-B(290~320nm), UV-A(320~400nm)로 보다 세분할 수 있다. 가시광선은 대체로 400~800nm 파장 범위의 빛으로 우리 눈에는 보라색부터 붉은색까지 다양한 색깔로 인식된다.Among them, ultraviolet rays can be subdivided into UV-C (200 to 290 nm), UV-B (290 to 320 nm) and UV-A (320 to 400 nm) depending on the wavelength range. Visible light is generally in the wavelength range of 400 ~ 800nm, and it is recognized as various colors from violet to red in our eyes.
햇빛은 파장이 짧을수록 에너지가 높아서 생명체에 조사되면 세포의 원형질과 구성기관 및 DNA 등을 파괴하거나 변형시키므로 생명활동에 치명적이다. 생명체에 치명적인 고에너지의 빛에 해당되는 감마선부터 UV-C 파장 영역의 햇빛은 다행히 지표면에 도달하기 전 대기권 상층부의 오존층(ozone layer)에 의해 차단된다. 오존층 덕분에 지표면에는 UV-B와 UV-A, 가시광선, 적외선, 라디오파 등이 도달될 뿐이다.The shorter the wavelength of sunlight is, the higher the energy is, and when it is irradiated on living organisms, it destroys or transforms the protoplasm, constituent organs and DNA of the cell. Sunlight in the UV-C wavelength range from the gamma rays, which correspond to high-energy light, is blocked by the ozone layer in the upper atmosphere before reaching the surface. Thanks to the ozone layer, UV-B and UV-A, visible light, infrared and radio waves are only reaching the earth's surface.
그러나 오존층을 뚫고 지표면에 도달하는 햇빛 중에서 상대적으로 고에너지 빛에 해당하는 UV-B와 UV-A의 경우, 인간에게 비타민 D의 합성과 살균작용에 도움을 주는 것을 제외하고는 대부분의 생명체에 유해한 것으로 알려져 있다.However, UV-B and UV-A, which are relatively high-energy light through the ozone layer and reaching the surface, are harmful to most living organisms except for helping humans to synthesize and sterilize vitamin D .
특히 290~320nm 범위의 UV-B는 지표면에 도달하는 햇빛 중 파장이 가장 짧은 고에너지 빛에 속하는데, 사람의 표피와 진피 상부까지 침투하여 단시간에 피부에 홍반, 선번(sunburn), 화끈거림, 물집, 발진 등을 일으키며, 이로부터 며칠 후에 멜라닌 색소를 증가시켜 피부에 색소 침착(suntan)을 일으킨다.Especially, UV-B in the range of 290 ~ 320nm belongs to high-energy light with the shortest wavelength among the sunlight reaching the earth's surface. It penetrates into human epidermis and upper part of dermis, Blisters, rashes, etc., and after a few days it increases melanin pigment causing skin suntan.
320~400nm 범위의 UV-A는 UV-B에 비해 상대적으로 파장이 길어서 에너지는 조금 약하지만 유리와 같은 물체도 통과할 수 있기 때문에 사람의 진피 망상층까지 깊숙이 침투하여 피부 표피에 있는 연한색의 멜라닌 색소를 진한색의 멜라닌 색소로 변환시켜 피부를 검게 만든다. 또한 피부조직 속에 존재하는 콜라겐과 엘라스틴을 변형시켜 피부탄력을 감소시키고 피부노화를 촉진하며, 광과민성 피부병을 유발하고, 더불어 피부암의 주요 원인이 되는 것으로 알려져 있다.UV-A in the range of 320 to 400 nm is relatively weak in energy compared to UV-B, but penetrates deep into the dermis of the human dermis because it can pass through objects such as glass. Converts pigment into deep melanin pigment to make skin darker. It is also known that it modifies collagen and elastin in skin tissue to reduce skin elasticity, promote skin aging, cause photosensitivity dermatosis, and become a major cause of skin cancer.
따라서 자외선은 이런 유해성 때문에 반드시 차단해야 할 대상이다. 특히 햇빛에 오랫동안 노출된 사람의 피부가 그렇지 않은 사람에 비해 심하게 주름지고 일찍 늙는 현상을 광노화(photo-aging)라 하는데, 광노화가 자외선 유해론의 대표적 예이다.Therefore, ultraviolet rays should be blocked because of these hazards. In particular, photoaging is a photo-aging phenomenon in which the skin of a person exposed to sunlight for a long time is wrinkled and aged more rapidly than a person who is not exposed to sunlight for a long time. Photoaging is a representative example of ultraviolet ray harmfulness.
유해한 자외선을 차단하는 전통적인 방법은 얼굴에 천을 두르고 모자를 쓰거나 차일과 양산을 사용하는 정도이며, 고대로부터 알려진 미용법은 올리브유, 쌀 추출물, 자스민을 얼굴에 바르는 것으로 원시적인 수준에 머물렀다.The traditional way to block harmful ultraviolet rays is to put a cloth on the face, to wear a hat, or to use tea and sunshine. The beauty method known from ancient times was to put olive oil, rice extract and jasmine on the primitive level.
자외선에 대해 본격적으로 대응한 것은 프랑스의 로레알(L'Oreal)이란 회사가 인공으로 합성한 유기계 자외선 차단제를 화장품에 배합하여 판매하기 시작한 1930년대부터이다. 이후 제2차 세계대전을 거쳐 오늘에 이르기까지 다양한 자외선 차단제의 합성법과 화장품 제형개발과 더불어 새로운 유기계 자외선 차단제가 계속 등장하였다. 1970년대는 자외선 차단 파운데이션에 발수기능(water repellency)을 부여하는 제형과 원료에 표면처리 기술이 도입되었지만, 유기계 자외선 차단제의 피부 자극성과 경시 안전성의 우려를 근본적으로 해소하지 못하였기 때문에 여전히 자외선 차단 화장품은 완전치 못하였다.The company responded to UV rays in earnest from the 1930s when L'Oreal, a French company, started selling cosmetics containing organic sunscreens, which were artificially synthesized. Since then, through the Second World War, to the present day, a variety of ultraviolet screening agents have been developed and new cosmetic formulations have been developed, as well as new organic UV blocking agents. In the 1970s, the formulations that impart water repellency to water-repellent foundations and the surface treatment technology of raw materials were introduced in the 1970s. However, since the skin irritation of organic-based ultraviolet screening agents and the safety concerns over time were not fundamentally solved, Was not complete.
자외선 차단제는 흔히 유기계와 무기계로 구분하는데, 유기계 차단제는 종류와 화학적 구조에 따라 화장품에 사용된 이후 인체에 대한 안전성 또는 유해성 문제가 드러나면 사라지게 되거나, 자외선 차단 효율의 개선 등으로 새로운 유기계 차단제로 다양하게 대체되기도 한다. 반면, 무기계 차단제는 고대부터 자외선 차단에 사용된 무기안료인 산화아연(zinc oxide)과 18세기 이후 백색 무기안료로 가장 널리 사용하는 이산화티탄(titanium dioxide)이라는 2종의 소재만이 무기계 자외선 차단제로 공인되어 지금까지 사용되고 있다.UV blocking agents are often classified into organic and inorganic types. Organic blocking agents, depending on their type and chemical structure, disappear when the safety or harmfulness of the human body is exposed after they are used in cosmetics. It is also replaced. On the other hand, the inorganic blockers are zinc oxide (zinc oxide), which is an inorganic pigment used for shielding ultraviolet rays from the ancient times, and titanium dioxide, which is the most widely used white inorganic pigment since the 18th century, It has been certified and used until now.
한편, 무기계 자외선 차단제 또는 이들이 조합된 밀 베이스에 관한 선행기술을 살펴보면, 주로 자외선 차단크림(sun cream)이나 최근의 비비로션(BB lotion)과 같은 제품에 무기안료를 쉽게 분산하여 사용할 수 있도록 다양한 계면활성제로 조합한 조성물이거나, 무기안료를 금속비누(metal soap), 실리콘계 또는 불소계 분산제 또는 반응성 고분자로 처리하여 발수성을 주는 방법에 관한 것이 많다. 또한 이산화티탄과 산화아연의 단점인 백탁현상을 개선하기 위해 선행기술의 예는 가시광선을 투과시키기 위해 나노크기(nano-size)의 초미립자를 사용한 것으로서, 이를 배합한 자외선 차단용 조성물에 관한 대한민국 등록특허 제10-0758819호, 대한민국 등록특허 제10-1006343호, 대한민국 등록특허 제10-1210371호를 들 수 있다.On the other hand, the prior art relating to an inorganic ultraviolet screening agent or a combination thereof has been widely used in various fields such as an ultraviolet screening cream and a recent BB lotion, Or a method of imparting water repellency by treating an inorganic pigment with a metal soap, a silicone-based or fluorine-containing dispersant or a reactive polymer. Also, in order to improve the whitening phenomenon which is a disadvantage of titanium dioxide and zinc oxide, an example of the prior art is to use ultrafine particles of nano-size for transmitting visible light, and the ultraviolet screening composition Patent No. 10-0758819, Korean Patent No. 10-1006343, and Korean Patent No. 10-1210371.
상기 선행기술에 사용된 이산화티탄과 산화아연은 모두 나노입자라는 공통점이 있다. 한편, 나노입자는 환경과 인체에 유해할 수 있다는 견해를 2009년 유럽의 SCCP(유럽연합 소비재과학위원회)가 공식 제기한 이후, 지금까지 논란이 계속되고 있다. 논란이 되는 나노물질은 1~100nm 크기로 규정되어 있는 바, 상기 선행기술에 사용된 이산화티탄과 산화아연은 나노물질에 해당되므로 유해성의 우려가 크다.Both titanium dioxide and zinc oxide used in the prior art have a common point of being nanoparticles. On the other hand, controversy has persisted since the SCCP (European Union Consumer Products Committee) filed an official opinion in 2009 that nanoparticles could be harmful to the environment and the human body. The controversial nanomaterials are specified to have a size of 1 to 100 nm, and the titanium dioxide and zinc oxide used in the prior art correspond to nanomaterials, so there is a great concern about harmfulness.
나노물질이 함유된 화장품의 유해성은 입자 크기가 나노화됨으로써 나타나는 나노독성과 나노물질이 피부 각질층을 통과하여 진피층에 침입했을 때 나타날 수 있는 유해성이 논란의 핵심이다. 다만 발현되는 나노독성 및 진피층까지 침투한 나노물질의 함량이 우려할 만한 수준인가에 대한 증거의 축적이 아직까지 부족하기 때문에 유해성 인증이 유예되어 있다. 하지만 나노물질이 호흡기로 들어가 발현되는 흡입독성은 인정되고 있기 때문에 나노에어로졸 제품의 사용을 규제하고 있는 것은 사실이다.The hazard of cosmetics containing nanomaterials is the point of controversy that nanotoxicity caused by nanosized particle size and harmful effects that nanomaterials penetrate into the dermis layer through the skin stratum corneum. However, there is still a lack of accumulation of evidence that the expressed nanotoxicity and the content of nanomaterials that penetrate into the dermal layer are at a worrisome level. However, it is true that nano-aerosol products are regulated because nanomaterials are approved for inhalation toxicity by entering into the respiratory tract.
한편, 무기계 자외선 차단제인 이산화티탄과 산화아연에 금속산화물을 혼합하여 소결처리 함으로써 무기계 자외선 차단제가 가진 문제를 해결하려는 시도가 있었다. 예를 들면, 대한민국 등록특허 10-0101125호, 대한민국 등록특허 10-1359458호는 이산화티탄 또는 산화아연에 상당히 많은 금속산화물을 혼합하여 소결하는 방법을 제시하고 있다. 이와는 별도로, 대한민국 공개특허 10-2005-0088216호에는 이산화티탄과 산화아연 및 유기계 자외선이 함께 존재하는 자외선 차단용 조성물에서, 이산화티탄 및 산화아연이 가진 광촉매 활성에 의해 유기계 자외선차단제가 광분해 됨으로써 발생하는 UV흡수 손실률을 동일 조성물보다 5% 이내로 줄이기 위해 망간, 바나듐, 크롬, 철 등과 같은 금속을 도핑한 예를 제시하였다.On the other hand, attempts have been made to solve the problems inherent in inorganic sunscreens by mixing titanium oxide and zinc oxide, which are inorganic ultraviolet screening agents, with metal oxides and sintering the mixture. For example, Korean Patent No. 10-0101125 and Korean Patent No. 10-1359458 disclose a method of mixing and sintering a considerable amount of metal oxide in titanium dioxide or zinc oxide. Separately, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2005-0088216 discloses a photocatalytic activity of titanium dioxide and zinc oxide in photocatalytic activity of an organic ultraviolet screening agent in a composition for ultraviolet shielding in which titanium dioxide, zinc oxide and organic ultraviolet ray are present together. An example of doping metals such as manganese, vanadium, chromium, iron and the like is proposed to reduce UV absorption loss ratio to 5% or less of the same composition.
그러나 상기 선행기술에서 예시된 무기계 자외선 차단제 또는 이를 사용한 밀 베이스로 만든 자외선 차단 화장품들은 여전히 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.However, the ultraviolet screening cosmetics made from the inorganic ultraviolet screening agents exemplified in the prior art or the mill base using the ultraviolet screening agents still have the following problems.
문제점을 구체적으로 살펴보면, 무기계 자외선 차단제로 사용한 이산화티탄과 산화아연의 물성을 UV-A에 국한된 자외선 차단 범위에서 UV-B의 영역까지 확장시키지 못하였을 뿐 아니라, 특히 이산화티탄에 대해서 금속산화물을 과도하게 혼합하여 소결 처리한 결과, 오히려 자외선 차단 효율이 떨어지는 역효과가 나타나는 단점이 있다. 또한 단순히 도핑에 의해 광촉매 활성이 감소되었다고는 하나, 무기안료 표면에 불활성의 금속산화물 및 표면처리제를 추가로 처리하지 않는 이상, 이산화티탄과 산화아연의 광촉매 활성을 제거할 수 없으므로 유기계 자외선 차단제가 광분해 되는 현상을 완벽하게 해결하지는 못하였다.Specifically, it was found that the physical properties of titanium dioxide and zinc oxide used as inorganic UV blocking agents were not extended to the UV-B range in the ultraviolet blocking range limited to UV-A, and in particular, As a result of the sintering treatment, there is a disadvantage that the ultraviolet ray blocking efficiency is adversely affected. The photocatalytic activity of titanium dioxide and zinc oxide can not be removed unless an inert metal oxide and a surface treatment agent are additionally treated on the surface of the inorganic pigment, And it is impossible to completely solve the phenomenon.
이러한 무기계 자외선 차단제의 차단 효율을 저하시키는 문제의 근본 원인을 이해하기 위해서는 루틸형 이산화티탄과 산화제일철(FeO)과 산화제이철(Fe2O3)로 구성된 조성물에 있어서, 고온에서 소결처리에 따라 여러 결정형의 철-티타늄 복산화물이 생성되는 것을 나타낸 도 1 (a)의 상도표를 이해할 필요가 있다.[자료 출처; http://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/tectosilictes&others.pdf,Tectosilicates, Carbonates, Oxides, & Accessory Minerals, Tulane University, Prof. Stephen A. Nelson., updated on 02-Dec-2014]In order to understand the root cause of the problem of lowering the blocking efficiency of the inorganic ultraviolet screening agent, it has been found that in a composition composed of rutile type titanium dioxide, ferrous oxide (FeO) and ferric oxide (Fe 2 O 3 ) It is necessary to understand the phase diagram of Fig. 1 (a), which shows that a crystalline iron-titanium double oxide is produced. http://www.tulane.edu/~sanelson/eens211/tectosilictes&others.pdf,Tectosilicates, Carbonates, Oxides, & Accessory Minerals, Tulane University, Prof. Stephen A. Nelson., Updated on 02-Dec-2014]
도 1 (a)의 철-티타늄 복산화물(Iron-Titanium Oxide) 상도표에 나타낸 것과 같이, 이산화티탄-산화제일철-산화제이철의 3성분계에서는 일메나이트(Ilmenite, FeTiO3)와 울뵈스피넬(Ulvospinel, Fe2TiO4) 광물과 같은 종류의 복산화물이 쉽게 형성되기 때문에 순수한 이산화티탄이 가진 독특한 자외선 차단 능력이 감소되어 버린다.As shown in the Iron-Titanium Oxide phase diagram of FIG. 1 (a), in the three-component system of titanium dioxide-ferric oxide-ferric oxide, Ilmenite (FeTiO 3 ) and Ulvospinel Fe 2 TiO 4 ) is easily formed, so that the unique ultraviolet shielding ability of pure titanium dioxide is reduced.
좀 더 상세히 설명하면, 이산화티탄의 결정형은 3가지로 정방정계(tetragonal system)인 아나타제(anatase)와 루틸(rutile), 사방정계(orthorhombic system)인 브루카이트(brookite)가 그것이다. 이중에서 아나타제와 루틸은 백색을 띠는 순수한 이산화티탄이지만, 브루카이트는 철(Fe), 탄탈륨(Ta), 니오븀(Nb) 등이 공동 불순물로 포함되어 있어서 붉은색을 띠고 있다. 따라서 열적으로 안정하고 굴절률이 2.72로 높은 루틸의 자외선 차단 능력이 가장 우수하고, 굴절률 2.52의 아나타제가 그 다음이며, 브루카이트의 차단 능력이 가장 떨어진다.In more detail, the crystal form of titanium dioxide is tetragonal system anatase and rutile, and orthorhombic system brookite. Among them, anatase and rutile are pure titanium dioxide with white color, but brookite is red because it contains iron (Fe), tantalum (Ta) and niobium (Nb) as a common impurity. Therefore, rutile, which is thermally stable and has a refractive index of 2.72, has the best ultraviolet shielding ability, has anatase with a refractive index of 2.52, and has the lowest blocking ability of broucite.
그런데 순수 결정의 이산화티탄에 외부의 불순물 원소가 혼입됨으로써 전혀 다른 결정의 이산화티탄 복산화물이 생성되는 경우가 흔히 있다. 대표적인 예를 들면, 도 1의 (a) 상도표에 표시된 것과 같이 철-티타늄 복산화물의 생성 과정은 루틸형 이산화티탄에 검은색의 산화제일철(FeO)을 혼합하여 고온에서 소결하면 능면체(rhombohedral) 구조의 일메나이트형 철-티타늄 복산화물이 쉽게 생성되고, 더욱더 산화철의 함량을 증가하면 스피넬(spinel) 구조의 울뵈스피넬형 철-티타늄 복산화물이 생성된다. 또한 브루카이트형 이산화티탄에 붉은색의 산화제이철(Fe2O3)을 혼합하여 고온에서 소결하면 슈도브르카이트(pseudobrookite, Fe2TiO5) 구조의 철-티타늄 복산화물이 쉽게 생성된다. 이러한 결정형의 철-티타늄 복산화물은 대체로 흑적색의 무기안료가 되는데 루틸형 이산화티탄의 단점인 백탁현상을 감소시켜 줄지는 몰라도, 자외선 차단효과는 기존의 루틸형 이산화티탄에 비해 급격히 감소되어 버리는 역효과를 초래한다.However, it is often the case that a titanium dioxide double oxide of completely different crystal is produced by mixing an external impurity element into titanium dioxide of pure crystal. For example, as shown in FIG. 1 (a), iron-titanium double oxide is produced by mixing rutile titanium dioxide with black ferrous oxide (FeO) and sintering at a high temperature to form rhombohedral ) Structure is easily produced, and when the content of iron oxide is further increased, a nickel-spinel type iron-titanium double oxide having a spinel structure is produced. In addition, iron-titanium double oxides of pseudobrookite (Fe 2 TiO 5 ) structure are easily produced by mixing red oxide ferric oxide (Fe 2 O 3 ) with brookite type titanium dioxide and sintering at high temperature. Such a crystalline iron-titanium double oxide is generally a black-red inorganic pigment, which may reduce the whitening phenomenon, which is a disadvantage of rutile titanium dioxide. However, the ultraviolet blocking effect is adversely affected as compared with the conventional rutile titanium dioxide .
산화아연의 경우도 산화제일철 및 산화제이철을 혼합하여 소결하면 여러 가지 복산화물이 생성되는 것은 마찬가지이다. 순수한 우르츠(wurtzite) 결정형의 산화아연이 가장 우수한 자외선 차단 능력을 보여주지만, 산화아연에 이종의 금속산화물이 대량 혼입되어 복산화물이 생성되면 자외선 차단효과는 급격히 감소되어 버린다. 도 1의 (b)에 산화아연-철 화합물의 복산화물 생성을 설명한 상도표를 나타내었다.[자료 출처; R. Hansson, P.C. Hayes, and E. Jak, Phase equilibria in the Fe-Zn-O system at conditions relevant to zinc sintering and smelting, VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts, The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2004]In the case of zinc oxide, various double oxides are produced by mixing and sintering ferric oxide and ferric oxide. Pure wurtzite crystal type zinc oxide shows the best ultraviolet ray shielding ability. However, if a large amount of different metal oxides are mixed into zinc oxide and a double oxide is formed, the ultraviolet ray blocking effect is drastically reduced. FIG. 1 (b) shows a phase diagram illustrating the formation of a double oxide of a zinc oxide-iron compound. R. Hansson, PC Hayes, and E. Jak, Phase equilibria in the Fe-Zn-O system at related conditions to zinc sintering and smelting, VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts, The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2004]
따라서 모재(body)가 되는 이산화티탄과 산화아연에 여러 금속산화물을 다량으로 혼합하여 소결하는 종래의 방법은 모재인 이산화티탄과 산화아연의 결정격자 속으로 혼합된 금속산화물이 과도하게 고용화 되므로 원하지 않은 결정형의 복산화물이 생성되고, 이에 따라 순수 결정형의 이산화티탄과 산화아연이 고유하게 가지고 있는 자외선 차단 능력을 감소시키므로 바람직하지 못하다.Therefore, in the conventional method of mixing and sintering a large amount of various metal oxides with titanium dioxide and zinc oxide, which are the base materials, the metal oxides mixed into the crystal lattice of titanium dioxide and zinc oxide as base materials are excessively solidified, Type double oxides are produced, and accordingly, the ultraviolet shielding ability inherently possessed by pure crystalline titanium dioxide and zinc oxide is undesirably reduced.
본 발명자들은 화장품에 자외선 차단제로 사용하는 무기안료인 이산화티탄과 산화아연이 가진 자신의 고유한 자외선 차단 물성을 그대로 유지하면서도 종래의 여러 가지 문제점을 해결하는 방법을 연구한 결과, 나노독성이 발현되거나 피부의 진피층까지 침투할 가능성이 있는 나노 크기의 이산화티탄 또는 산화아연을 사용하지 않으면서, 자외선 차단용 무기안료 모재의 결정형의 변화 없이 2가 또는 3가의 금속원소를 모재의 얕은 결정격자 속으로 도핑하여 자외선을 차단하는 파장범위가 확장되면서 동시에 자외선 차단 효율을 개선시키고, 더불어 종래의 가장 큰 문제점인 백탁 현상의 원인이 근본적으로 제거된다는 것을 확인함으로써, 본 발명의 자외선 차단용 무기안료 및 이를 포함하는 밀 베이스를 완성하게 되었다.The present inventors have studied methods for solving various conventional problems while maintaining intrinsic ultraviolet shielding properties of titanium dioxide and zinc oxide, which are inorganic pigments used as cosmetics for ultraviolet screening agents, and have found that nanotoxicity is expressed Without using nano-sized titanium dioxide or zinc oxide that is likely to penetrate into the dermal layer of the skin, the divalent or trivalent metal element is doped into the shallow crystal lattice of the base material without changing the crystal form of the ultraviolet- The wavelength range for blocking ultraviolet rays is expanded and at the same time, the ultraviolet blocking efficiency is improved. In addition, it is confirmed that the cause of the whitening phenomenon, which is the biggest problem in the related art, is fundamentally eliminated. The mill base was completed.
본 발명은 자외선 차단용 무기안료로서, 상기 무기안료가 이산화티탄, 산화아연 또는 이들의 혼합물이고, 상기 무기안료의 결정격자의 표면 내부에 2가 또는 3가의 금속원소가 도핑되어 있고, 상기 도핑된 무기안료를 금속산화물 및 표면처리제로 코팅된 것을 특징으로 하는 자외선 차단용 무기안료를 제공한다.The present invention relates to an ultraviolet-shielding inorganic pigment, wherein the inorganic pigment is titanium dioxide, zinc oxide, or a mixture thereof, the surface of the crystal lattice of the inorganic pigment is doped with a divalent or trivalent metal element, There is provided an inorganic pigment for protecting ultraviolet rays, characterized in that the inorganic pigment is coated with a metal oxide and a surface treating agent.
또한 본 발명은 상기 무기안료가 이산화티탄과 산화아연이 2:8 내지 8:2 중량비로 혼합된 혼합물을 사용하는 자외선 차단용 무기안료를 제공한다.Further, the present invention provides an inorganic pigment for ultraviolet protection, wherein the inorganic pigment is a mixture of titanium dioxide and zinc oxide in a weight ratio of 2: 8 to 8: 2.
본 발명에서 상기 2가 또는 3가의 금속 원소로 구리 또는 철을 도핑에 사용하는데, 구리와 철은 이들 이외의 2가 또는 3가 금속원소와 달리 인체에 대한 안전성이 확보되어 있고 화장품에 사용할 수 있기 때문에 가장 바람직하다. 구리 또는 철을 도핑하는데 사용되는 전구체는 황산구리, 질산구리, 염화구리, 황산제일철, 황산제이철, 질산제일철, 질산제이철, 염화제일철, 염화제이철 중에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 이때 상기 전구체는 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대해 금속원소를 기준으로 환산하여 10 내지 10000ppm의 도핑 범위로 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, the bivalent or trivalent metal element is used for doping with copper or iron. Unlike the bivalent or trivalent metal elements other than copper and iron, the safety of the human body is secured, Therefore, it is most preferable. The precursor used for doping copper or iron is preferably at least one selected from copper sulfate, copper nitrate, copper chloride, ferrous sulfate, ferric sulfate, ferrous nitrate, ferric nitrate, ferrous chloride and ferric chloride. At this time, the precursor is preferably used in a doping range of 10 to 10000 ppm based on 100 parts by weight of the ultraviolet shielding inorganic pigment based on the metal element.
또한 본 발명에서 자외선 차단용 무기안료를 코팅하는 금속산화물은 규산나트륨, 규산칼륨 및 테오스(TEOS)로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 상기 금속산화물의 코팅량은 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대해 0.05 내지 3.0 중량부인 것이 바람직하다.In the present invention, the metal oxide for coating the ultraviolet shielding inorganic pigment may be selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate and teos (TEOS). The coating amount of the metal oxide is preferably 0.05 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the ultraviolet blocking inorganic pigment.
또한 본 발명에서, 상기 표면처리제는 카제인, 카제인나트륨, 카제인칼륨, 카제인산암모늄, 라우린산나트륨, 라우린산칼륨, 미리스틴산나트륨, 미리스틴산칼륨, 팔미틴산나트륨, 팔미틴산칼륨, 스테아린산나트륨, 스테아린산칼륨, 레시틴, 반응성 실리콘, 실리콘계 커플링제 및 불소계 커플링제로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하여 코팅하는 것을 특징으로 한다. 상기 표면처리제의 코팅량은 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대해 0.5 내지 10.0 중량부인 것이 바람직하다.Further, in the present invention, the surface treating agent may be at least one selected from the group consisting of casein, casein sodium, casein potassium, ammonium caseinate, sodium laurate, potassium laurate, sodium myristate, potassium myristate, sodium palmitate, sodium palmitate, At least one selected from the group consisting of potassium stearate, lecithin, reactive silicon, silicone-based coupling agents and fluorine-based coupling agents. The coating amount of the surface treatment agent is preferably 0.5 to 10.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the ultraviolet-shielding inorganic pigment.
반면 본 발명은 금속원소가 도핑된 자외선 차단용 무기안료를 분산한 밀 베이스의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은,On the other hand, the present invention provides a method for producing a mill base in which an inorganic pigment doped with a metal element is dispersed. In the above manufacturing method,
제 1 단계;A first step;
(1-a) 도핑하려는 2가 또는 3가 금속원소의 전구체를 정제수에 용해하고 비이온 계면활성제를 첨가한 제1수상을 만드는 단계;(1-a) dissolving a precursor of a divalent or trivalent metal element to be doped in purified water and making a first water phase to which a nonionic surfactant is added;
(1-b) 별도의 용기에 정제수, 에탄올 또는 정제수와 에탄올의 혼합물에 코팅할 금속산화물의 전구체를 용해한 제2수상을 준비하는 단계;(1-b) preparing a second aqueous phase in which a precursor of a metal oxide to be coated on a mixture of purified water, ethanol or purified water and ethanol is dissolved in a separate vessel;
(1-c) 별도의 용기에 염기성 화합물을 정제수에 용해한 제3수상을 준비하는 단계;(1-c) preparing a third aqueous phase in which a basic compound is dissolved in purified water in a separate vessel;
제 2 단계; 상온에서 상기 제1수상에 자외선 차단용 무기안료를 투입하여 분산되도록 계속 교반하고, 여기에 상기 제2수상을 서서히 투입하면서 계속 교반하여 형성된 상기 제1수상과 상기 제2수상이 합쳐진 혼합물에 상기 제3수상을 수상의 점도가 급격히 증가할 때까지 첨가하는 단계;A second step; Adding the ultraviolet shielding inorganic pigment to the first aqueous phase at room temperature, stirring the mixture continuously to disperse the mixture, gradually adding the second aqueous phase to the first aqueous phase, 3 < / RTI > aqueous phase until the viscosity of the aqueous phase increases sharply;
제 3 단계; A third step;
(3-a) 상기 제 2단계의 혼합물을 상온에서 자외선 차단용 무기안료 표면에 졸-겔 반응과 공침반응이 종료될 때 까지 유지하는 단계; (3-a) maintaining the mixture of the second step at room temperature until the sol-gel reaction and the coprecipitation reaction are completed on the surface of the inorganic pigment for ultraviolet shielding;
(3-b) 상기 제 3-1단계가 종료된 후 정제수를 투입하여 미반응물을 세척하고 여과하여 건조하는 단계;(3-b) washing the unreacted material with filtration by adding purified water after the step (3-1) is completed;
(3-c) 상기의 건조물을 분쇄기로 분쇄하고 전기로에서 소결처리 하는 단계;(3-c) pulverizing the dried material with a pulverizer and sintering the same in an electric furnace;
제 4 단계; 상기 소결된 수득물을 다시 분쇄기로 분쇄한 후, 표면처리제로 코팅하여 자외선 차단용 무기안료를 얻는 단계; 및Step 4; Pulverizing the sintered product with a pulverizer, and coating with a surface treating agent to obtain an ultraviolet blocking inorganic pigment; And
제 5 단계; 상기 자외선 차단용 무기안료를 화장료용 매질, 계면활성제 또는 분산제, 안정화제 및 첨가제와 함께 순환식 분산기에 넣고 일정시간 분산하여 자외선 차단용 밀 베이스를 제조하는 단계;Step 5; Preparing an ultraviolet screening mill base by dispersing the ultraviolet screening inorganic pigment in a circulating disperser together with a cosmetic medium, a surfactant or a dispersant, a stabilizer and an additive, for a predetermined time;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a control unit.
본 발명의 제조방법에서 상기 제 1단계의 상기 비이온 계면활성제는 폴리옥시에칠렌 글리콜 알킬 에테르, 폴리옥시프로필렌 글리콜 알킬 에테르, 글루코사이드 알킬 에테르, 폴리옥시에칠렌 글리콜 옥틸페놀 에테르, 글리세롤 알킬 에스터, 폴리옥시에칠렌 글리콜 소르비탄 알킬 에스터, 소르비탄 알킬 에스터, 플록사머, 코카마이드 모노에탄올아민, 및 코카마이드 디에탄올아민으로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하고, 상기 제1수상 100 중량부에 대하여 0.05 내지 5.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.In the production method of the present invention, the non-ionic surfactant in the first step is selected from the group consisting of polyoxyethylene glycol alkyl ether, polyoxypropylene glycol alkyl ether, glucoside alkyl ether, polyoxyethylene glycol octylphenol ether, glycerol alkyl ester, polyoxyethylene At least one selected from the group consisting of glycerol fatty acid alkyl esters, glycol sorbitan alkyl esters, sorbitan alkyl esters, flocamers, cocamide monoethanolamines, and cocamide diethanolamines, and 0.05 to 5.0 wt% Is preferably used.
또한 본 발명은, 상기 제 1단계의 상기 염기성 화합물이 수산화리튬, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 암모니아수, 에탄올아민, 트리에탄올아민, 제1인산나트륨, 제2인산나트륨, 제3인산나트륨, 폴리인산나트륨, 제2인산칼륨, 제3인산칼륨 및 폴리인산칼륨으로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하고, 상기 제3수상 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20.0 중량부 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a basic compound, wherein the basic compound in the first step is selected from the group consisting of lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia water, ethanolamine, triethanolamine, sodium phosphate monobasic, Wherein at least one member selected from the group consisting of calcium, sodium, dibasic potassium phosphate, potassium dibasic and potassium polyphosphate is selected and 0.1 to 20.0 parts by weight is used per 100 parts by weight of the third aqueous phase. do.
또한 본 발명은 상기 제 2단계에서 상기 제1수상 내지 제3수상의 혼합비는, 제1수상 30 내지 200 중량부, 제2수상 10 내지 200 중량부, 제3수상 5 내지 50 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 제조 방법을 제공한다.In the second step, the mixing ratio of the first to third water phase is 30 to 200 parts by weight of the first water phase, 10 to 200 parts by weight of the second water phase and 5 to 50 parts by weight of the third water phase in the second step The present invention provides a manufacturing method characterized by:
또한 본 발명은 상기 제 3단계에서 실시하는 소결처리 조건은 500℃ 내지 900℃의 온도 범위에서 1시간 내지 4시간 동안 소결하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the sintering treatment conditions to be performed in the third step are sintering for 1 to 4 hours at a temperature of 500 to 900 캜.
상기 제 4단계에서 상기 표면처리제를 자외선 차단용 무기안료에 코팅시키기 위한 첨가제로 사과산, 말레산, 주석산, 호박산, 글루타르산, 아디프산, 구연산, 염화마그네슘, 염화알루미늄, 염화칼슘, 염화아연, 황산마그네슘, 황산알루미늄 및 황산아연으로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하고, 상기 제3단계에서 얻은 수득물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부로 처리하는 제조 방법을 제공한다.In the fourth step, the additive for coating the surface treatment agent on the ultraviolet-shielding inorganic pigment is selected from the group consisting of malic acid, maleic acid, tartaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, citric acid, magnesium chloride, aluminum chloride, Magnesium sulfate, aluminum sulfate and zinc sulfate, and treating the resulting mixture with 0.5 to 10 parts by weight per 100 parts by weight of the product obtained in the third step.
또한, 본 발명은 상기 제 5단계에서 자외선 차단용 무기안료가 20 내지 70 중량%, 화장료 매질이 20 내지 50 중량%, 계면활성제 또는 분산제가 1 내지 20 중량%, 점도 조절제가 1 내지 10 중량%, 첨가제가 0.5 내지 5 중량% 를 포함하는 것을 특징으로 밀 베이스 제조방법을 제공한다.In the fifth step, the ultraviolet ray blocking inorganic pigment is contained in an amount of 20 to 70% by weight, the cosmetic medium is 20 to 50% by weight, the surfactant or dispersant is 1 to 20% by weight, the viscosity adjuster is 1 to 10% By weight, and 0.5 to 5% by weight of an additive.
또 다른 측면에서, 본 발명은 상기의 자외선 차단용 무기안료가 분산된 밀 베이스를 포함하는 화장품 조성물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a cosmetic composition comprising a mill base in which the ultraviolet-shielding inorganic pigment is dispersed.
일예로, 본 발명은 상기된 밀 베이스를 1 내지 50 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 화장품 조성물을 제공한다.For example, the present invention provides a cosmetic composition comprising 1 to 50 wt% of the mill base described above.
본 발명의 밀 베이스는 나노크기가 아닌 이산화티탄 또는 산화아연을 2가 또는 3가의 금속원소를 도핑하는 모재로 사용하고, 이산화티탄 또는 산화아연의 결정형 변화에 영향을 미치지 않는 범위에서 구리 또는 철 원소를 도핑 함으로써, UV-B와 UV-A의 전 영역에서 차단효과를 충분히 발휘할 수 있을 뿐 아니라, 이산화티탄 또는 산화아연이 배합된 기존 밀 베이스의 가장 큰 단점인 백탁현상의 원인을 근본적으로 해소하였다.The mill base of the present invention can be produced by using titanium dioxide or zinc oxide which is not a nano-sized material as a base material doped with a divalent or trivalent metal element, and by using a copper or iron element It is possible to sufficiently exhibit the blocking effect in all of the UV-B and UV-A regions and fundamentally solve the cause of the whitening phenomenon which is the biggest disadvantage of the conventional mill base containing titanium dioxide or zinc oxide .
따라서 본 발명의 철 또는 구리 도핑형 이산화티탄 또는 산화아연과 이들을 배합하여 분산한 밀 베이스는 자외선 차단 화장품에서 다양한 제형으로 용이하게 적용 가능하다. Therefore, the mill base in which the iron or copper-doped titanium dioxide or zinc oxide of the present invention is mixed with and dispersed therein can be easily applied to various formulations in UV-blocking cosmetics.
도 1은 이산화티탄 및 산화아연에 철 화합물을 혼입할 때 생성되는 복산화물을 나타낸 상도표이다. (a)는 루틸형 이산화티탄에 흑색 산화철(FeO)과 적색 산화철(Fe2O3)을 혼합하여 소결할 때 생성되는 여러 복산화물의 결정형 영역을 나타낸 상도표이고, (b)는 산화아연에 흑색 산화철 또는 적색 산화철을 혼합하여 소결할 때 생성되는 복산화물의 결정형 영역을 나타낸 상도표이다.
도 2는 본 발명의 금속원소 도핑 자외선 차단용 무기안료의 단면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 금속원소 도핑 자외선 차단용 무기안료와 이를 분산한 밀 베이스의 제조방법을 흐름도로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 철 원소가 도핑된 루틸형 이산화티탄의 엑스선회절분석(XRD) 결과이다. (a)는 실시예 1의 제3단계 수득물의 회절 패턴(검은색 피크)이며, 이것을 합성한 표준 루틸형 이산화티탄의 회절 피크 위치(붉은색 막대)와 비교(matching)한 것이다. (b)는 실시예 3의 제3단계 수득물의 회절 패턴(검은색 피크)을 합성한 표준 루틸형 이산화티탄의 회절 피크 위치(붉은색 막대)와 비교한 것이다.
도 5는 실시예 1의 제3단계 수득물을 테이프(tape)법으로 측정한 자외선-가시광선 영역에서의 흡광도 분광 스펙트럼이다. (a)는 투명 테이프의 UV-Vis 스펙트럼이고, (b)는 무처리 루틸형 이산화티탄의 UV-Vis 스펙트럼이고, (c)는 실시예 1의 제3단계 수득물의 UV-Vis 스펙트럼이다.
도 6은 실시예 1의 제3단계 수득물을 관찰한 전자현미경 사진이다.
도 7은 실시예 2에서 얻은 밀 베이스와 기존 밀 베이스의 자외선차단지수를 SPF290 Analyzer로 측정한 결과이다. (a)는 실시예 2에서 얻은 밀 베이스의 SPF 측정 결과이고, (b)는 선행기술인 등록특허 제10-0758819호로 제조된 밀 베이스의 SPF 측정 결과이다.
도 8은 본 발명 실시예 2에서 얻은 밀 베이스의 분산 상태를 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 9는 무처리 루틸형 이산화티탄의 외관 색상과 본 발명 실시예 1의 제3단계 수득물인 철을 도핑한 이산화티탄의 외관 색상을 대비하기 위해 촬영한 사진이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a phase diagram showing a double oxide produced when an iron compound is incorporated into titanium dioxide and zinc oxide. FIG. (a) is a phase diagram showing a crystalline region of various double oxides produced when black iron oxide (FeO) and red iron oxide (Fe 2 O 3 ) are mixed with rutile type titanium dioxide and sintered, and (b) Fig. 3 is a phase diagram showing a crystalline region of a double oxide produced when black iron oxide or red iron oxide is mixed and sintered. Fig.
2 is a cross-sectional schematic diagram of an inorganic pigment for protecting a metal element-doped ultraviolet ray of the present invention.
FIG. 3 is a flow chart showing an inorganic pigment for ultraviolet-shielding metal-doped ultraviolet rays according to the present invention and a method for producing the mill base in which the inorganic pigment is dispersed.
4 is an X-ray diffraction (XRD) result of the iron-doped rutile titanium dioxide of the present invention. (a) is a diffraction pattern (black peak) of the third step obtained in Example 1, which is matched with the diffraction peak position (red bar) of the synthesized standard rutile titanium dioxide. (b) is the diffraction peak position (red bar) of the standard rutile titanium dioxide synthesized from the diffraction pattern (black peak) of the third step obtained in Example 3.
5 is an absorbance spectroscopy spectrum in an ultraviolet-visible light region obtained by measuring the third step product of Example 1 by a tape method. (a) is the UV-Vis spectrum of the transparent tape, (b) is the UV-Vis spectrum of the untreated rutile titanium dioxide, and (c) is the UV-Vis spectrum of the third step product of Example 1.
6 is an electron micrograph showing the result of the third step of Example 1. Fig.
7 is a result of measurement of the ultraviolet barrier index of the mill base and the conventional mill base obtained in Example 2 with an SPF290 analyzer. (a) is the SPF measurement result of the mill base obtained in Example 2, and (b) is the SPF measurement result of the mill base manufactured by the prior art No. 10-0758819.
8 is a photograph of the dispersion state of the mill base obtained in Example 2 of the present invention observed by an optical microscope.
9 is a photograph taken in order to compare the appearance color of the untreated rutile titanium dioxide with the appearance color of iron-doped titanium dioxide which is the third step obtained in Example 1 of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 자외선 차단용 무기안료로 사용되는 이산화티탄, 산화아연 또는 이들의 혼합물을 2가 또는 3가의 금속원소 도핑 대상의 모재로 사용하고, 2가 또는 3가의 금속원소를 함유하는 전구체(precursor)를 도핑제(dopant)로 선택하여 모재의 결정격자 속에 주입(intercalation)하는 방법으로 새로운 도핑형 자외선 차단용 무기안료로 만들고, 이들을 화장품용 매질에 분산제와 더불어 안정하게 미리 분산한 밀 베이스를 얻는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for preparing a titanium oxide, a zinc oxide or a mixture thereof, which is used as an ultraviolet shielding inorganic pigment according to the present invention, as a base material to be doped with a divalent or trivalent metal element, Is doped into a crystal lattice of the base material to form a new doping type ultraviolet shielding inorganic pigment and then the resulting dispersion is added to a cosmetic medium in a stable manner with a dispersant in advance And a dispersed mill base is obtained.
본 발명에서 무기계 자외선 차단제인 이산화티탄과 산화아연에 2가 또는 3가의 금속원소를 도핑 함으로써 얻을 수 있는 광학적 효과는 빛의 흡수에 의해 생성된 이산화티탄 및 산화아연 속의 자유로운 광전자가 서로 조건에 따라 이동할 수 있는 전도대(conductive band)와 원자가대(valence band) 사이의 에너지 준위 차이가 불순물 원소의 도핑 효과에 의해 밴드갭(band gap)이 변화되고, 이로 인해 새로운 밴드갭(Eg)이 형성된다. 이런 이유로 새로운 밴드갭에 해당하는 빛의 파장 영역으로 흡수 능력이 확장 이동하게 되는 것이다.In the present invention, the optical effect obtained by doping titanium dioxide and zinc oxide, which are inorganic ultraviolet screening agents, with a divalent or trivalent metal element is that the free photoelectrons in titanium dioxide and zinc oxide produced by the absorption of light move with each other A difference in energy level between a conductive band and a valence band is changed by a doping effect of an impurity element and a new band gap E g is formed. For this reason, the absorptive capacity is extended to the wavelength region of the light corresponding to the new bandgap.
이러한 현상은 금속-반도체 사이에서 쇼트키 장벽(Schottky barrier)의 극복으로 설명할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 이산화티탄과 산화아연은 전형적인 광반도체 물질이다. 이산화티탄과 산화아연의 밴드갭은 각각 3.2eV와 3.3eV로 370~380nm 이상의 에너지에 해당하는 짧은 파장의 빛, 즉 UV-A와 UV-A 일부를 흡수할 수 있는 능력이 있지만 370~380nm보다 긴 400nm 파장 영역까지의 UV-A는 여전히 차단능력이 결여되어 있는 문제점이 남아있다. 이 문제점은 반도체로 작용하는 무기안료의 얕은 표면에 존재하는 결정격자의 계면에 금속원소가 도핑에 의해 이종접합 함으로써, 극복해야하는 쇼트키 장벽에 해당하는 무기안료의 밴드갭이 좁아지게 되어 380~400nm 파장 영역의 빛을 차단할 수 있는 능력이 생기게 된다.This phenomenon can be explained by overcoming the Schottky barrier between metal and semiconductor. The titanium dioxide and zinc oxide used in the present invention are typical optical semiconductor materials. The band gaps of titanium dioxide and zinc oxide are 3.2 eV and 3.3 eV, respectively, capable of absorbing short wavelength light, that is, UV-A and UV-A, corresponding to an energy of 370 to 380 nm or more, UV-A up to a long 400 nm wavelength range still lacks the ability to block. This problem is caused by the fact that the metal element is hetero-bonded to the interface of the crystal lattice existing on the shallow surface of the inorganic pigment serving as a semiconductor by doping to narrow the bandgap of the inorganic pigment corresponding to the overcome of the Schottky barrier, The ability to block the light in the wavelength region is generated.
물론 이때의 전제조건은 아주 적은 함량의 금속원소를 무기안료에 도핑해야 하고, 더불어 금속원소가 모재인 무기안료에 고용화 되어 복산화물을 생성되지 않아야 한다.Of course, the precondition here is that a very small amount of the metal element should be doped into the inorganic pigment, and the metal element should not be solidified into the inorganic pigment, which is the base, to form a double oxide.
결국, 상기 전제조건을 만족하는 본 발명의 자외선 차단용 무기안료는 아주 적은 함량의 금속원소가 도핑 됨으로써 쇼트키 장벽이 감소되어 밴드갭이 조정되고, 조정된 밴드갭 에너지에 의해 UV-B와 UV-A의 모든 영역까지 자외선 차단 능력이 확장되며, 동시에 도핑에 의한 착색 효과로 백탁현상이 제거되므로 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 자외선 차단용 무기안료 및 이를 배합하여 분산한 밀 베이스를 제공한다.As a result, the ultraviolet shielding inorganic pigment of the present invention satisfying the above-mentioned conditions is doped with a very small amount of metal element, thereby reducing the Schottky barrier, thereby adjusting the band gap. By adjusting the band gap energy, -A, and at the same time, the whitening phenomenon is eliminated by the coloring effect by doping. Therefore, an inorganic pigment for ultraviolet shielding which can achieve the object of the present invention and a mill base dispersed with the inorganic pigment are provided .
더불어 금속원소 도핑층의 보호를 위해 추가로 금속산화물을 함께 코팅하고, 자외선 차단용 밀 베이스를 얻기 위해 매질에 분산할 때 분산성 향상과 발수성 부여를 목적으로 표면처리제를 코팅한다.In addition, a metal oxide is coated together to protect the metal element doping layer, and a surface treatment agent is coated for the purpose of improving dispersibility and imparting water repellency when dispersed in a medium to obtain a mill base for blocking ultraviolet rays.
여기서, 2가 또는 3가 금속원소를 도핑하고, 더불어 금속산화물과 표면처리제를 함께 코팅한 본 발명의 자외선 차단용 무기안료의 구성 개념을 보다 명확하게 설명하기 위한 단면 모식도를 도 2에 나타내었다.2 is a schematic cross-sectional view for explaining the constitutional concept of the ultraviolet-shielding inorganic pigment of the present invention in which a divalent or trivalent metal element is doped and a metal oxide and a surface treatment agent are coated together.
도 2의 (a)는 도핑의 모재를 나타낸다. 본 발명에서 이산화티탄, 산화아연 또는 이들의 혼합물을 도핑의 모재로 사용할 수 있으며, 도 2의 단면 모식도에서 표현한 모재는 루틸형 이산화티탄을 나타낸다. 본 발명에 사용된 루틸형 이산화티탄은 평균입경(D50)이 0.2㎛이며, 이것은 200nm에 해당한다.Fig. 2 (a) shows the base material of the doping. In the present invention, titanium dioxide, zinc oxide, or a mixture thereof can be used as a base material for doping, and the base material represented in the cross-sectional view of FIG. 2 represents rutile titanium dioxide. The rutile titanium dioxide used in the present invention has an average particle diameter (D 50 ) of 0.2 μm, which corresponds to 200 nm.
도 2의 (b)는 루틸형 이산화티탄의 정방정계 결정형을 간략하게 평면적으로 도식화하여 사각형으로 나타내었다.FIG. 2 (b) is a quadrangular pyramid shape of the rutile titanium dioxide in a simplified plan view.
도 2의 (c)는 루틸형 이산화티탄의 얕은 깊이의 결정격자에 철(Fe)이 도핑된 도핑층을 나타낸다. 철이 도핑된 도핑층 (c)는 상기에서 금속-반도체 사이의 이종접합에 의한 밴드갭의 이동 현상을 설명해주는 쇼트키 장벽(층)에 해당한다. 본 발명의 철이 도핑된 도핑층 (c)는 루틸형 이산화티탄 표면의 아주 얕은 결정격자에만 형성되므로, 그 도핑 깊이는 수 옹스트롬(Å) 정도이다. 반면, 철의 도핑량이 크게 증가하면 도 1의 (a)에서 설명한 철-이산화티탄의 여러 복산화물이 생성되어 버리므로 자외선 차단 능력이 크게 감소해 버린다.2 (c) shows a doping layer doped with iron (Fe) in a crystal lattice of a shallow depth of the rutile titanium dioxide. The doped layer (c) doped with iron corresponds to a Schottky barrier (layer) which explains the phenomenon of band gap migration due to heterojunction between metal and semiconductor. Since the iron-doped layer (c) of the present invention is formed only on the very shallow crystal lattice of the rutile titanium dioxide surface, its doping depth is on the order of several angstroms (A). On the other hand, if the doping amount of iron is greatly increased, various double oxides of iron-titanium dioxide described in FIG. 1 (a) are produced, and ultraviolet shielding ability is greatly reduced.
도 2의 (d)는 금속원소를 도핑할 때 함께 코팅한 금속산화물 코팅층을 나타낸다. 이 금속산화물의 코팅층은 금속원소 도핑층을 보호하고, 입사된 빛을 거의 그대로 도핑층으로 통과시켜야 하므로 투명하고 굴절률이 가장 낮은 금속산화물이 사용된다. 가장 바람직한 금속산화물은 굴절률 1.45 정도의 실리카(SiO2)이다. 이 금속산화물 코팅층의 코팅 두께는 대체로 수 nm이다.2 (d) shows a metal oxide coating layer which is coated together when doping a metal element. The metal oxide coating layer protects the metal element doping layer and transmits the incident light almost directly to the doping layer, so that the metal oxide is transparent and has the lowest refractive index. The most preferred metal oxide is the index of refraction of approximately 1.45, silica (SiO 2). The coating thickness of this metal oxide coating layer is usually several nm.
한편, 최종적으로 본 발명의 자외선 차단용 밀 베이스를 제조하기 위해서는 자외선 차단용 무기안료를 여러 화장품용 액상 매질에 분산을 해야 한다. 화장품용 매질에 안정하게 분산하기 위해서는 콜로이드(colloid) 입자에 이중층을 형성하여 안정성을 부여하는 표면처리제의 코팅이 필요하다.On the other hand, ultimately, in order to produce the ultraviolet shielding mill base of the present invention, the ultraviolet shielding inorganic pigment must be dispersed in a liquid medium for various cosmetics. In order to stably disperse in a cosmetic medium, it is necessary to coat a surface treatment agent which forms a double layer on colloid particles to impart stability.
도 2의 (e)는 상기에서 설명한 표면처리제의 코팅층을 나타낸다. 일반적으로 표면처리제는 계면활성제 또는 분산제를 의미한다. 표면처리제 종류는 친수성 밀 베이스의 제조에 주로 일반적인 계면활성제를 사용하며, 친유성 밀 베이스의 제조에 금속비누(metal soap), 레시틴(lecithin), 실리콘계 또는 불소계 분산제를 사용한다. 이 표면처리제 코팅층의 코팅 두께도 대체로 수 nm이지만, 사용한 표면처리제 분자의 길이와 코팅 밀도에 따라 조금씩 달라진다.Fig. 2 (e) shows the coating layer of the surface treatment agent described above. In general, the surface treating agent means a surfactant or a dispersing agent. As the surface treatment agent, a surfactant mainly used in the production of a hydrophilic mill base is mainly used, and a metal soap, lecithin, a silicone or a fluorine-based dispersant is used in the production of a lipophilic mill base. The coating thickness of the surface treatment agent coating layer is usually several nm, but it varies slightly depending on the length of the surface treatment agent used and the coating density.
이하에 본 발명의 구성과 해결 수단을 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure and the solution of the present invention will be described in detail.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 2가 또는 3가의 금속원소를 도핑 하는데 사용하는 무기계 자외선 차단제는 이산화티탄 또는 산화아연을 선택하거나, 이산화티탄과 산화아연을 2:8 내지 8:2 중량비로 혼합한 것을 사용할 수 있다.In order to achieve the object of the present invention, the inorganic ultraviolet screening agent used for doping a divalent or trivalent metal element may be titanium dioxide or zinc oxide, or a mixture of titanium dioxide and zinc oxide in a weight ratio of 2: 8 to 8: 2 Can be used.
도핑제로 사용하는 2가 또는 3가의 금속원소는 구리(Cu) 또는 철(Fe)을 선택하는 것이 바람직하다. 이들은 이산화티탄과 산화아연의 자외선 차단 영역을 UV-A 쪽으로 효율 좋게 확장 이동시켜주고 백탁현상을 제거할 수 있게 이산화티탄과 산화아연을 베이지색으로 착색시켜줄 뿐 아니라, 이들 이외의 2가 또는 3가의 금속원소와 달리 인체에 대한 안전성이 확보되어 화장품에 사용할 수 있기 때문에 가장 적당하다.It is preferable to select copper (Cu) or iron (Fe) as the divalent or trivalent metal element used as a doping agent. They not only allow titanium dioxide and zinc oxide to be colored in a beige color so as to efficiently move the ultraviolet blocking region of titanium dioxide and zinc oxide to the UV-A side and remove the whitening phenomenon, Unlike metal elements, it is most suitable because it is safe for human body and can be used in cosmetics.
이들 금속원소를 도핑하기 위해서는 도핑용 전구체를 사용하는 것이 바람직한데, 수용액 형태로 만들어 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 따라서 구리와 철 원소를 함유하는 수용성 화합물을 만드는 전구체는 황산구리(CuSO4), 질산구리(Cu(NO3)2), 염화구리(CuCl2), 황산제일철(FeSO4), 황산제이철(Fe2(SO4)3), 질산제일철(Fe(NO3)3), 질산제이철(Fe(NO3)3), 염화제일철(FeCl2), 염화제이철(FeCl3) 중에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.In order to dope these metal elements, it is preferable to use a precursor for doping, which is more preferably used in the form of an aqueous solution. Thus, the precursor to create a water-soluble compound containing copper and iron element is copper sulfate (CuSO 4), copper nitrate (Cu (NO 3) 2) , copper chloride (CuCl 2), ferrous sulfate (FeSO 4), ferric sulfate (Fe 2 (SO 4) 3), nitric acid, ferrous (Fe (NO 3) 3) , nitric acid, ferric (Fe (NO 3) 3) , ferrous chloride (FeCl 2), used to select one or more of ferric chloride (FeCl 3) .
그리고 도핑하려는 수용성 화합물 전구체의 사용량은 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대하여 전구체 속에 함유된 순수한 구리 또는 철 원소를 기준으로 도핑량은 10 내지 10000ppm인 것이 바람직하다. 도핑량이 10ppm 이하이면 도핑 효과가 충분치 못하고 10000ppm 이상일 경우는 소결처리 조건에 따라 도 1의 (a)와 (b) 상도표에 예시된 것과 같은 여러 복산화물이 생길 우려가 있어서 바람직하지 못하다.The amount of the water soluble compound precursor to be doped is preferably 10 to 10000 ppm based on pure copper or iron element contained in the precursor with respect to 100 parts by weight of the ultraviolet blocking inorganic pigment. If the doping amount is less than 10 ppm, the doping effect is not sufficient. If the doping amount is more than 10,000 ppm, various double oxides as illustrated in the diagrams (a) and (b) of FIG. 1 may occur depending on the sintering treatment conditions.
자외선 차단용 무기안료에 구리 또는 철 원소를 도핑할 때, 이들 금속원소가 모재의 결정격자 얕은 내부로 확산되도록 돕고, 또한 도 2의 (c)에 나타낸 금속원소의 도핑층을 보호하는 역할을 하는 금속산화물 코팅층을 함께 형성할 필요가 있다. 이들 금속산화물은 도핑 공정 이후에 실시하는 소결처리 시 소결온도를 낮춰주고, 모재의 입자끼리 응집되는 것을 방지해준다. 이때 가장 바람직한 금속산화물은 실리카이다.When the copper or iron element is doped in the ultraviolet-shielding inorganic pigment, the metal element serves to diffuse into the shallow crystal lattice of the base material and protects the doping layer of the metal element shown in Fig. 2 (c) It is necessary to form a metal oxide coating layer together. These metal oxides lower the sintering temperature during the sintering process performed after the doping process and prevent the particles of the base material from aggregating. The most preferred metal oxide is silica.
금속산화물 코팅층을 형성하기 위한 전구체로는 규산나트륨(sodium silicate), 규산칼륨(potassium silicate), 테오스(TEOS, Tetraethyl orthosilicate) 중에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 이들 금속산화물 전구체의 사용량은 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대해 0.05 내지 3.0 중량부가 바람직하다.As a precursor for forming the metal oxide coating layer, it is preferable to use at least one selected from sodium silicate, potassium silicate, and tetraethyl orthosilicate (TEOS). These metal oxide precursors are preferably used in an amount of 0.05 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the ultraviolet blocking inorganic pigment.
한편, 본 발명의 금속원소 도핑형 자외선 차단용 무기안료와 이를 함유하는 밀 베이스의 제조방법은 도 3의 제조공정 흐름도에 개략적으로 나타내었으며, 상세한 제조공정은 이하에 설명한다.The inorganic pigment doping type ultraviolet blocking inorganic pigment of the present invention and the method of producing the mill base containing the same are schematically shown in the manufacturing process flow chart of FIG. 3, and the detailed manufacturing process will be described below.
먼저, 제조공정의 제1단계는 도핑하려는 구리 또는 철 원소의 전구체를 정제수에 용해하고 소량의 비이온 계면활성제를 첨가하여 제1수상을 만들고, 다른 용기에 정제수나 에탄올 또는 정제수와 에탄올의 혼합물에 별도의 첨가제를 용해한 제2수상을 만들고, 또 다른 용기에 정제수에 염기성 화합물을 용해한 제3수상을 만든다.First, in the first step of the manufacturing process, the precursor of copper or iron element to be doped is dissolved in purified water and a small amount of nonionic surfactant is added to make a first water phase, and another vessel is charged with purified water or ethanol or a mixture of purified water and ethanol A second water phase is prepared by dissolving a different additive and a third water phase is obtained by dissolving a basic compound in purified water in another vessel.
제2단계는 상온에서 제1수상에 자외선 차단용 무기안료를 투입하고 균일하게 분산되도록 계속 교반하면서, 여기에 제2수상을 서서히 투입하면서 계속 교반하고, 다시 여기에 제1수상과 제2수상이 합쳐진 수상에 제3수상을 서서히 투입하여 적정하되 수상의 점도가 급격히 증가할 때를 적정의 종말점으로 제3수상의 투입을 멈추고, 그 이후에도 충분한 시간동안 교반한다.In the second step, the ultraviolet shielding inorganic pigment is added to the first aqueous phase at room temperature and stirring is continued while the second aqueous phase is gradually added thereto while being continuously dispersed so as to be uniformly dispersed. Thereafter, the first aqueous phase and the second aqueous phase The third water phase is gradually added to the combined water phase. If the viscosity of the water phase increases sharply, the third water phase is stopped at the proper end point, and then the mixture is stirred for a sufficient time.
제3단계는 2단계 공정의 수득물을 상온에서 일정 시간 이상을 가만히 두어 이전 단계에서 발생한 자외선 차단용 무기안료의 분산계에서 졸-겔(sol-gel) 반응 또는 공침반응으로 도핑 모재 표면에서 흡착이 발생하게 한다. 반응이 종료된 후 정제수를 투입하여 미반응물을 세척 여과하여 건조한 후, 분쇄기로 분쇄하여 미분말을 얻고, 이것을 전기로에서 소결처리 한다. 소결 분위기는 환원 분위기가 바람직하다.In the third step, the product obtained in the second step process is allowed to stand at room temperature for at least a certain period of time, so that the adsorption on the surface of the doped base material by the sol-gel reaction or coprecipitation reaction in the dispersion system of the ultraviolet- . After completion of the reaction, purified water is added to the mixture to wash the unreacted material, which is then filtered and dried, and then pulverized by a pulverizer to obtain a fine powder, which is sintered in an electric furnace. The sintering atmosphere is preferably a reducing atmosphere.
제4단계는 3단계 공정의 수득물을 다시 분쇄기로 분쇄하여 미분말로 만든 후, 수득물의 표면물성을 변화시키는 표면처리를 한다. 즉 금속원소가 도핑된 자외선 차단용 무기안료에 발수성과 분산성을 부여하는 금속비누, 실리콘계, 불소계 화합물 및 계면활성제로 표면처리를 하게 되면, 도핑된 자외선 차단용 무기안료의 내수성이 향상될 뿐 아니라 다음 공정 단계에서 실시하는 밀 베이스 분산이 용이하게 된다.In the fourth step, the product obtained in the three-step process is pulverized again with a pulverizer to prepare a fine powder, and then surface treatment is performed to change the surface properties of the obtained product. That is, when the surface treatment is performed with a metallic soap, a silicone, a fluorine compound and a surfactant that imparts water repellency and dispersibility to the ultraviolet shielding inorganic pigment doped with a metal element, the water resistance of the doped ultraviolet shielding inorganic pigment is improved The mill base dispersion performed in the next process step becomes easy.
제5단계는 4단계 공정의 수득물인 금속원소 도핑형 무기안료를 화장품에 쉽게 사용할 수 있도록 밀 베이스를 만드는 공정이다. 본 발명에서 밀 베이스를 구성하는 조성물은 4단계 수득물인 금속원소가 도핑된 자외선 차단용 무기안료, 에탄올과 같은 알콜, 글리세린과 같은 폴리올, 실리콘 오일 및 에스터 오일과 같은 액상의 원료를 분산 매질(vehicle)로 사용하고, 다양한 비이온 계면활성제와 실리콘 및 불소계 계면활성제 등을 분산제로 사용하고, 아라비아검, 잔탄검, 카보머 등의 고분자 물질을 점도 조절제로 사용하고, 이온봉쇄제, 산화방지제, 미백제 등을 첨가제로 배합하여 구성한다.The fifth step is a step of making a mill base so that the metal-element-doped inorganic pigment, which is a product obtained in the four-step process, can be easily used in cosmetics. In the present invention, the composition constituting the mill base is prepared by dispersing a liquid raw material such as an ultraviolet shielding inorganic pigment doped with a metal element, alcohol such as ethanol, polyol such as glycerin, silicone oil and ester oil, ), And various nonionic surfactants, silicone and fluorinated surfactants and the like are used as a dispersing agent, and high molecular materials such as gum arabic, xanthan gum, and carbomer are used as a viscosity modifier, and ionic blocking agents, antioxidants, whitening agents And the like as an additive.
밀 베이스의 제조방법은 이들 조성물을 모두 함께 혼합하여 회분식 또는 순환식 분산기(milling machine)로 일정시간 분산하거나, 또는 삼단밀(3-roll mill)과 같이 강한 전단력이 발생하는 분산기로 1회 또는 여러 차례 처리하여 자외선 차단용 밀 베이스를 얻는다.The mill base may be prepared by dispersing all of these compositions together in a batch or circulating milling machine for a predetermined time or by using a dispersing machine such as a three-roll mill in which a strong shearing force is generated, Followed by successive steps to obtain an ultraviolet shielding mill base.
상기 제1단계 공정의 제1수상에 투입하여 이산화티탄 또는 산화아연을 균일하게 분산시켜 주는 역할을 하는 비이온 계면활성제는 폴리옥시에칠렌 글리콜 알킬 에테르(polyoxyethylene glycol alkyl ethers), 폴리옥시프로필렌 글리콜 알킬 에테르(polyoxypropylene glycol alkyl ethers), 글루코사이드 알킬 에테르(glucoside alkyl ethers), 폴리옥시에칠렌 글리콜 옥틸페놀 에테르(polyoxyethylene glycol octylphenol ethers), 글리세롤 알킬 에스터(glycerol alkyl esters), 폴리옥시에칠렌 글리콜 소르비탄 알킬 에스터(polyoxyethylene glycol sorbitan alkyl esters), 소르비탄 알킬 에스터(sorbitan alkyl esters), 플록사머(poloxamers), 코카마이드 모노에탄올아민(cocamide monoethanolamine), 코카마이드 디에탄올아민(cocamide diethanolamine) 중에서 1종 이상을 선택하여 사용하는 것이 바람직하고, 적절한 투입량은 제1수상 100 중량부에 대하여 0.05 내지 5.0 중량부 사용하는 것을 바람직하다.The nonionic surfactant serving to uniformly disperse titanium dioxide or zinc oxide by being added to the first aqueous phase of the first step is polyoxyethylene glycol alkyl ethers, polyoxypropylene glycol alkyl ethers polyoxyethylene glycol ethers, polyoxypropylene glycol alkyl ethers, glucoside alkyl ethers, polyoxyethylene glycol octylphenol ethers, glycerol alkyl esters, polyoxyethylene glycol sorbitan alkyl esters, sorbitan alkyl esters, poloxamers, cocamide monoethanolamine, and cocamide diethanolamine may be selected and used A suitable amount of the first filler is 100 parts by weight About it is preferred to use 0.05 to 5.0 parts by weight.
제1단계 공정의 제3수상에 사용되는 금속원소 도핑층과 함께 금속산화물을 코팅하기 위해 적정하는데 사용하는 염기성 화합물은 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 암모니아수(NH4OH), 에탄올아민(ethanolamine), 트리에탄올아민(triethanolamine), 제1인산나트륨(NaH2PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4), 제3인산나트륨(Na3PO4), 폴리인산나트륨(Na5P3O10), 제2인산칼륨(K2HPO4), 제3인산칼륨(K3PO4), 폴리인산칼륨(K5P3O10) 중에서 1종 이상을 선택하는 것이 바람직하고, 사용량은 제3수상 100 중량부에 대하여 0.1 내지 20.0 중량부가 바람직하다. 이들은 금속원소 도핑 전구체 수용액 속의 금속원소를 쉽게 공침시켜 모재의 표면에 흡착시켜 준다.The basic compounds used to titrate the metal oxide doping layer with the metal element doping layer used in the third phase of the first step process include lithium hydroxide (LiOH), sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), calcium hydroxide Ca (OH) 2 ), ammonia water (NH 4 OH), ethanolamine, triethanolamine, sodium phosphate NaH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 , sodium phosphate (Na 3 PO 4), sodium polyphosphate (Na 5 P 3 O 10) , dipotassium hydrogen phosphate (K 2 HPO 4), the third potassium phosphate (K 3 PO 4), polyphosphoric acid potassium (K 5 P 3 O 10 ). It is preferable that the amount is 0.1 to 20.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the third water phase. These easily adsorb the metal elements in the aqueous solution of the metal element doping precursor to the surface of the base material.
제1단계 공정에서 각 수상의 사용량은 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대하여 제1수상은 30.0 내지 200.0 중량부, 제2수상은 10.0 내지 200.0 중량부, 제3수상은 5.0 내지 50.0 중량부 사용하는 것이 바람직하다.The amount of each aqueous phase used in the first step is 30.0 to 200.0 parts by weight for the first water phase, 10.0 to 200.0 parts by weight for the second water phase, 5.0 to 50.0 parts by weight for the third water phase, .
제3단계 공정에서 소결처리 조건은 500℃ 내지 900℃ 온도 범위에서 1시간 내지 4시간 소결하는 것이 바람직하다. 소결온도는 500℃ 이하에서는 도핑 효과가 충분치 못하며, 900℃ 이상에서는 도핑 금속이 모재의 결정격자 내부로 너무 깊숙이 확산되어 버리므로 바람직하지 못하다. 그리고 가능하면 전기로는 환원 분위기로 유지시켜 주는 것이 바람직하다.The sintering treatment conditions in the third step are preferably sintered at a temperature of 500 to 900 DEG C for 1 to 4 hours. The sintering temperature is not sufficient for the doping effect at a temperature of 500 ° C or below, and at 900 ° C or higher, the doping metal diffuses too deeply into the crystal lattice of the base material, which is not preferable. If possible, it is desirable to keep the electric furnace in a reducing atmosphere.
제4단계 공정에서 실시하는 금속원소 도핑 무기안료의 가장 외부 코팅층인 도 2의 (e)에 표시된 코팅층을 구성하는 표면처리제는 카제인(casein), 카제인나트륨(sodium caseinate), 카제인칼륨(potassium caseinate), 라우린산나트륨(sodium laurate), 라우린산칼륨(sodium laurate), 미리스틴산나트륨(sodium myristate), 미리스틴산칼륨(potassium myristate), 팔미틴산나트륨(sodium palmitate), 팔미틴산칼륨(potassium palmitate), 스테아린산나트륨(sodium stearate), 스테아린산칼륨(potassium stearate), 레시틴, 반응성 실리콘, 실리콘계 커플링제, 불소계 커플링제 중에서 1종 이상을 선택하여 사용하고, 표면처리제의 코팅 함량은 제3단계 수득물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.The surface treatment agent constituting the coating layer shown in FIG. 2 (e) which is the outermost coating layer of the metal element-doped inorganic pigment to be carried out in the fourth step is casein, sodium caseinate, potassium caseinate, Sodium laurate, sodium laurate, sodium myristate, potassium myristate, sodium palmitate, potassium palmitate, sodium laurate, sodium citrate, At least one selected from the group consisting of sodium stearate, potassium stearate, lecithin, reactive silicone, silicone-based coupling agent and fluorine-based coupling agent is selected and used. The coating amount of the surface- 0.5 to 10.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total weight of the composition.
상기 표면처리제를 코팅하기 위한 첨가제는 사과산(malic acid), 말레산(maleic acid), 주석산(tartaric acid), 호박산(succinic acid), 글루타르산(glutaric acid), 아디프산(adipic acid), 구연산(citric acid), 염화마그네슘(magnesium chloride), 염화알루미늄(aluminium chloride), 염화칼슘(calcium chloride), 염화아연(zinc chloride), 황산마그네슘(magnesium sulfate), 황산알루미늄(aluminium sulfate), 황산아연(zinc sulfate) 중에서 1종 이상을 선택하여 정제수에 용해하여 사용하고, 첨가제는 표면처리제와 함께 분산되어 있는 제3단계 수득물 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10.0 중량부 처리하는 것이 바람직하다.The additive for coating the surface treatment agent may be selected from the group consisting of malic acid, maleic acid, tartaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, Citric acid, magnesium chloride, aluminum chloride, calcium chloride, zinc chloride, magnesium sulfate, aluminum sulfate, zinc sulfate zinc sulfate is selected and dissolved in purified water. The additive is preferably used in an amount of 0.5 to 10.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the third step dispersion product dispersed together with the surface treatment agent.
제5단계는 이전 공정에서 얻은 수득물을 분산매질과 분산제 등과 혼합한 후, 강력한 밀(mill)로 분산 처리하여 밀 베이스를 얻는 최종 단계의 공정이다.The fifth step is a final step of obtaining the mill base by mixing the resultant obtained in the previous step with a dispersing medium and a dispersing agent, and then dispersing the mixture in a strong mill.
최종 단계의 공정에서 얻는 밀 베이스 조성물은 제4단계의 수득물인 금속원소 도핑 무기안료가 20.0 내지 70.0 중량% 이상이고, 분산 매질이 20.0 내지 50.0 중량%, 계면활성제 또는 분산제가 1.0 내지 20.0 중량%, 점도 조절제가 1.0 내지 10.0 중량%, 첨가제가 0.5 내지 5.0 중량%의 범위에 있고, 이를 포함한다.The mill base composition obtained in the final step is such that the metal element-doped inorganic pigment as a result of the fourth step is 20.0-70.0 wt% or more, the dispersion medium is 20.0-50.0 wt%, the surfactant or dispersant is 1.0-20.0 wt% The viscosity adjusting agent is in the range of 1.0 to 10.0% by weight, and the additive is in the range of 0.5 to 5.0% by weight.
상기와 같은 제조방법으로 얻은 본 발명의 자외선 차단용 밀 베이스는 비비크림, 선크림, 리퀴드 파운데이션, 메이컵 베이스, 콤팩트 등과 같은 여러 제형의 화장품에 배합할 수 있으며, 다양한 조성물의 형태로 조합될 수 있다.The ultraviolet shielding mill base of the present invention obtained by the above-described production method can be incorporated in cosmetics of various formulations such as bibby cream, sunscreen, liquid foundation, makeup base, compact, etc., .
본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in detail as follows.
종래 밀 베이스의 문제점 해결과 본 발명의 목적을 달성하기 위해 예의 연구하여 얻은 본 발명의 제조방법은 도 3에 나타낸 흐름도와 같은 공정으로 이루어진다.The manufacturing method of the present invention, which is obtained by an earnest research to solve the problems of the conventional mill base and the object of the present invention, is the same as the flow chart shown in Fig.
자외선 차단용 무기안료에 2가 또는 3가 금속원소인 구리 또는 철을 도핑하고 금속산화물을 코팅하는데 사용하는 도핑 전구체액(제1수상) 또는 금속산화물 전구체액(제2수상) 또는 처리액(제3수상)을 만드는 1단계, 제1수상에 무기안료를 분산하고 제2수상 또는 제3수상으로 제1수상의 금속원소 도핑 전구체액을 졸-겔 또는 공침(coprecipitation) 공정으로 도핑 시키는 2단계, 2단계 수득물을 세척, 여과, 건조하고 분쇄한 후 고온에서 소결 처리하는 제3단계, 3단계 수득물을 다시 표면처리하여 무기안료의 물성을 친수성에서 친유성으로 개질시키는 제4단계, 4단계 수득물을 이용하여 자외선 차단용 화장품에 필요한 성분과 원료들로 조합하여 밀 베이스를 제조하는 5단계 공정으로 구성된다.(First water) or a metal oxide precursor body fluid (second water) or a treatment solution (second water) used for coating a metal oxide with copper or iron, which is a bivalent or trivalent metal element, 3 water phase) in which an inorganic pigment is dispersed in a first water phase and a metal element doped precursor fluid of a first water phase is doped in a sol-gel or coprecipitation process with a second water phase or a third water phase, A third step of washing, filtering, drying and pulverizing the resulting product, and then sintering the product at a high temperature; a fourth step of further modifying the physical properties of the inorganic pigment to a lipophilic property from the hydrophilic property, And a five-step process for producing a mill base by combining the components and raw materials necessary for cosmetics for ultraviolet shielding by using the obtained product.
상기 제조공정은 자외선 차단용 무기안료로 사용되는 이산화티탄과 산화아연을 도핑의 모재로 사용하고, 도핑제로 소량의 2가 또는 3가 금속원소를 함유하는 전구체를 선택하여 모재의 얕은 결정격자 속에 주입(intercalation)하는 도핑 공정과 표면 물성을 변화시키는 표면처리를 행하여 새로운 금속원소가 도핑된 자외선 차단용 무기안료를 만들고, 이것을 다양한 화장품용 매질에 여러 가지 분산제로 조합한 후 안정하게 분산함으로써 자외선 차단용 밀 베이스를 얻는 것이 특징이다.In the above manufacturing process, titanium dioxide and zinc oxide used as an ultraviolet shielding inorganic pigment are used as a base material for doping, and a precursor containing a small amount of a divalent or trivalent metal element is selected as a doping agent and injected into a shallow crystal lattice of the base material a surface treatment for changing the surface properties is performed to prepare an inorganic pigment for ultraviolet shielding doped with a new metal element. The inorganic pigment is combined with various dispersants in various cosmetic media and dispersed in a stable manner, It is characterized by obtaining a mill base.
이하, 본 발명을 실시예, 비교예, 시험예 및 밀 베이스를 배합한 제형예를 통해 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예와 제형예는 본 발명을 보다 구체화하기 위해 예시하는 것으로서 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, comparative examples, test examples, and formulation examples in which a mill base is blended. These examples and formulations are provided to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
실시예 1Example 1
1단계 공정으로 금속원소 도핑 전구체 용액을 만들기 위해, 1000ml 비커에 정제수 500ml를 넣고 염화제일철(FeCl3) 7.25g(Fe로 환산하면 2.5g)을 투입하여 용해한다. 여기에 비이온 계면활성제인 소르비탄 세스퀴올레이트(sorbitan sesquioleate) 0.5g을 투입하고 용해하여 제1수상을 만든다. 다른 100ml 비커에 정제수 30ml, 에탄올 15ml 및 테오스(TEOS) 5ml를 넣고 서로 혼합하여 실리카 코팅을 위한 제2수상을 만든다. 또 다른 300ml 비커에 수산화나트륨(NaOH) 8.0g을 달아 넣고 정제수를 넣어 200ml가 되도록 표정한 2N NaOH 수용액을 제3수상으로 한다.To prepare a precursor solution doped with a metal element in the first step, 500 ml of purified water is added to a 1000 ml beaker, and 7.25 g of ferrous chloride (FeCl 3 ) (2.5 g in terms of Fe) is added to dissolve. Then, 0.5 g of sorbitan sesquioleate, a nonionic surfactant, is added and dissolved to prepare a first water phase. 30 ml of purified water, 15 ml of ethanol and 5 ml of TEOS are added to another 100 ml beaker and mixed with each other to prepare a second water phase for silica coating. 8.0 g of sodium hydroxide (NaOH) is added to another 300 ml beaker and purified water is added to make a 200 ml aqueous 2N NaOH solution.
2단계 공정으로, 평균 입경이 0.2㎛인 루틸형 이산화티탄 500g을 제1수상에 천천히 투입하면서 교반기로 30분간 분산한다. 여기에 제2수상을 방울방울 투입하면서 조심스럽게 교반을 계속하고, 투입 종료 후 10분간 더 분산한다. 2N NaOH 용액인 제3수상을 이산화티탄이 분산된 제1수상과 제2수상의 혼합용액에 투입하여 적정한다. 더불어 제3수상의 적정에 따른 이산화티탄 분산계의 변화를 관찰하면서 조심스럽게 교반한다. 제3수상의 투입량은 분산계의 점도가 급격히 증가되면서 pH가 8 정도가 되는 시점에서 멈춘다.In the two-step process, 500 g of rutile titanium dioxide having an average particle diameter of 0.2 탆 was slowly added to the first water phase and dispersed for 30 minutes with a stirrer. The stirring is continued carefully while dropping the second water phase, and further dispersed for 10 minutes after the completion of the addition. The third aqueous phase, which is a 2N NaOH solution, is titrated by adding it to a mixed solution of the first aqueous phase and the second aqueous phase in which titanium dioxide is dispersed. And carefully stirred while observing the change of the titanium dioxide dispersion system according to the titration of the third water phase. The amount of the third aqueous phase is stopped at a point where the pH becomes 8 or so as the viscosity of the dispersed system increases sharply.
3단계 공정으로, 1000ml 비커에 담긴 2단계 공정의 수득물을 1시간 동안 가만히 둔 후 상등액을 분리하여 제거하고, 여기에 정제수 500ml를 부어 세척하고, 여과한 후, 건조기에서 건조한다. 이것을 분쇄기로 분쇄하고, 이것을 세라믹 도가니에 넣어 전기로에서 800℃로 1시간 소결하여 철 원소 5000ppm이 도핑된 이산화티탄 500g을 얻는다.In the three-step process, the product obtained in the two-step process contained in the 1000 ml beaker is kept for 1 hour, and the supernatant is separated and removed, and 500 ml of purified water is poured therein to be washed, filtered and dried in a drier. This was pulverized by a pulverizer, put in a ceramic crucible and sintered in an electric furnace at 800 ° C for 1 hour to obtain 500 g of titanium dioxide doped with 5000 ppm of iron element.
4단계 공정으로, 표면처리제를 코팅하기 위해 2000ml 비커에 정제수 1000ml과 카제인나트륨(sodium caseinate) 15.0g을 넣어 60℃로 가열하고 천천히 교반하면서 용해하고, 3단계의 수득물 500g을 넣고 분산한다. 여기에 10% 염화칼슘(CaCl2) 수용액을 방울방울 떨어트리면서 교반하여 적정한다. 분산액의 점도가 급격히 증가하면서 상분리가 발생하는 시점을 종말점으로 하여 염화칼슘 수용액의 적정을 중지한다. 분리된 상하층 중에서 상등액을 버리고, 정제수 500ml로 세척한 후 여과하고 건조한다. 이것을 110℃의 건조기에서 건조하여 카제인나트륨으로 코팅된 철 도핑 이산화티탄 515g을 얻는다.In a four-step process, 1,000 ml of purified water and 15.0 g of sodium caseinate are placed in a 2000 ml beaker, and the mixture is heated to 60 ° C and dissolved slowly while stirring. 500 g of the product obtained in the third step is added and dispersed. To this, 10% aqueous solution of calcium chloride (CaCl 2 ) is added dropwise while stirring and titration. The titration of the aqueous solution of calcium chloride is stopped with the end point of the point at which phase separation occurs as the viscosity of the dispersion rapidly increases. Discard the supernatant from the separated upper and lower layers, wash with 500 ml of purified water, filter and dry. This is dried in a dryer at 110 DEG C to obtain 515 g of iron-doped titanium dioxide coated with sodium caseinate.
5단계 공정은 카제인나트륨이 코팅된 4단계 공정의 수득물 515g에 라우릴글루코사이드(lauryl glucoside) 70g, 프로필렌글리콜(propylene glycol) 10g, 1,2-헥산다이올(1,2-hexanediol) 10g, 폴리소르베이트(polysorbate 80) 5g, 잔탄검(xanthan gum) 3g, 정제수 387g을 2L 용기에 넣어 분산한 후, 순환식 바스켓 밀(basket mill)로 30분간 처리하여 자외선 차단용 밀 베이스 1000g을 얻는다.In the 5-step process, a mixture of 70 g of lauryl glucoside, 10 g of propylene glycol, 10 g of 1,2-hexanediol, 5 g of
실시예 2 내지 실시예 5Examples 2 to 5
다음 표-1에 나타낸 원료와 조성물에 대하여 실시예1에서 실시한 제조공정과 동일하게 실시하여 본 발명의 금속원소 도핑 자외선 차단용 무기안료와 이를 분산한 밀 베이스를 얻는다.The raw materials and compositions shown in the following Table 1 were subjected to the same processes as in Example 1 to obtain metallic elements-doped ultraviolet blocking inorganic pigments of the present invention and a mill base dispersed therein.
각 공정의 단계별 투입물 조성 및 제조 조건Stage input composition and manufacturing conditions of each process
공정단계Example
Process step
무기안료Doping target
Inorganic pigments
산화아연 200gTitanium dioxide 300 g
Zinc oxide 200g
단
계One
only
Fe2(SO4)3 8.9g
폴리솔르베이트 1.0gPurified water 500ml
Fe 2 (SO 4 ) 3 8.9 g
Polysolvate 1.0 g
CuCl22H2O 13.5g
플록사머 0.5gPurified water 500ml
CuCl 2 2H 2 O 13.5g
Flocamer 0.5 g
Fe(NO3)3 8.9g
폴리소르베이트 1.0gPurified water 400ml
Fe (NO 3 ) 3 8.9 g
Polysorbate 1.0 g
FeCl3 10.0g
플록사머 0.3gPurified water 500ml
FeCl 3 10.0 g
Flocamer 0.3 g
규산나트륨 5.0gPurified water 50ml
Sodium silicate 5.0 g
규산칼륨 5.0gPurified water 50ml
Potassium silicate 5.0 g
트리에탄올아민 10.0gPurified water 100ml
Triethanolamine 10.0 g
35%암모니아 20mlPurified water 80ml
35% ammonia 20ml
제1인산나트륨 10.0gPurified water 90ml
Sodium Phosphate 10.0 g
도핑 과정Step 2
Doping course
소결 조건Step 3
Sintering condition
표면처리Step 4
Surface treatment
10% AlCl3 50ml Sodium stearate 15g
10
10% 구연산 50ml Casein potassium 20g
10% citric acid 50ml
10% MgCl2 50mlLecithin 20g
10% MgCl 2 50 ml
10% AlCl3 50mlSodium stearate 15g
10
단
계5
only
system
베이스
조성wheat
Base
Furtherance
싸이클로펜타실록산 260g
싸이클로헥사실록산 140g
PEG-10디메치콘 100g
500 g of the 4-step product
Cyclopentasiloxane 260 g
Cyclohexasiloxane 140 g
PEG-10 dimethicone 100 g
싸이클로펜타실록산 260g
싸이클로헥사실록산 140g
PEG-10디메치콘 100g
데실올리베이트 100g
Four-step yield 400 g
Cyclopentasiloxane 260 g
Cyclohexasiloxane 140 g
PEG-10 dimethicone 100 g
Decyl olivate 100 g
정제수 330g
데실글루코사이드 80g
글리세린 20g
1,2-헥산다이올 15g
아라비아검 5g550g < tb >
Purified water 330g
Decyl glucoside 80g
Glycerin 20g
15 g of 1,2-hexanediol
Arabian Sword 5g
수득량Mill base
Yield
비교예 1Comparative Example 1
선행기술인 대한민국 등록특허 제10-0758819호의 방법으로 제조한 시판용 밀 베이스 제품(상품명: Tinoply SE50T)을 구입하여 비교예의 시료로 사용하였다.A commercially available wheat base product (trade name: Tinoply SE50T) manufactured by the prior art Korean Patent No. 10-0758819 was purchased and used as a sample of a comparative example.
상기 실시예의 단계별 수득물 또는 최종적으로 얻어진 본 발명의 자외선 차단용 밀 베이스와 비교예의 밀 베이스에 대해 다음과 같이 물성을 비교하는 시험을 실시하였다.Tests were conducted to compare the physical properties of the stepwise yields of the above examples or the ultimately obtained mill base for shielding of the present invention and the mill base of the comparative example as follows.
시험예 1 : 엑스선 회절(XRD) 패턴Test Example 1: X-ray diffraction (XRD) pattern
실시예 1의 3단계에서 얻은 수득물인 철이 도핑된 이산화티탄의 결정형 변화를 엑스선 회절분석기(PANalytical B.V, EMPYREAN, 네덜란드)로 확인하였다. 그 결과를 도 4의 (a) 및 (b) 그래프에 나타내었다.Crystalline changes of the iron-doped titanium dioxide obtained in the step 3 of Example 1 were confirmed by an x-ray diffractometer (PANalytical B.V, EMPYREAN, The Netherlands). The results are shown in the graphs of (a) and (b) of FIG.
분석시료인 실시예1의 3단계 수득물에 입사된 엑스선은 루틸형 이산화티탄 결정의 반사면과 결정형 변화에 따라 나타나는 회절선은 그 위치와 강도가 달라진다. 루틸형의 면지수 (110)에서 가장 센 강도의 회절선이 27.5°위치(2-Theta)에서 나타나고, 면지수 (211)에서 두 번째 강한 회절선이 54.3°위치에서, 면지수 (101)에서 세 번째 강한 회절선이 36.2°위치에서, 면지수 (111)에서 네 번째 강한 회절선이 41.2°위치에서 나타난다. 계속해서 여러 면지수의 결정면에서도 다양한 위치와 강도로 회절선이 나타난다. 이러한 면지수의 회절선 위치와 강도를 비교 분석하면 시료 물질의 결정형이 순수한지, 또는 외부의 침입 원소에 의해 자신의 결정형 왜곡이나 변화가 발생하였는지 알 수 있다.The X-ray incident on the three-step product of Example 1, which is the analytical sample, differs in the position and intensity of the diffraction line depending on the reflection plane and crystal form of the rutile titanium dioxide crystal. The diffracted ray having the strongest intensity in the rutile type surface index 110 appears at the position of 27.5 DEG (2-Theta), the second strong diffraction ray at the surface index 211 shows the diffraction line at the position of 54.3 DEG, The third strong diffraction line appears at the 36.2 ° position and the fourth strong diffraction line at the plane index (111) appears at the 41.2 ° position. Subsequently, diffraction lines appear at various positions and intensities on the crystal planes of several surface indices. By analyzing the position and intensity of the diffraction line of the surface index, it can be seen whether the crystalline form of the sample material is pure, or whether the crystal distortion or change of its own is caused by the external invading element.
본 발명의 실시예 1의 3단계 수득물을 측정한 엑스선 회절 패턴은 도 4의 (a)에 나타내었고, 실시예 3의 3단계 수득물을 측정한 엑스선 회절 패턴은 도 4의 (b)에 나타내었다. 도 4의 (a) 및 (b)의 회절 패턴을 살펴보면, 도 4의 (a)에서 검은색으로 표시된 회절 피크는 실시예 1의 3단계 수득물인 철 도핑 이산화티탄의 회절 패턴인데 붉은 막대로 표시되어 있는 합성된 루틸형 이산화티탄(표준시료)의 회절선 위치와 상대 강도가 서로 정확히 일치한다.The x-ray diffraction pattern obtained by measuring the three-step product of Example 1 of the present invention is shown in Fig. 4 (a), and the x-ray diffraction pattern obtained by measuring the three-step product of Example 3 is shown in Fig. 4 (b) Respectively. 4 (a) and 4 (b), the diffraction peak indicated by black in FIG. 4 (a) is a diffraction pattern of iron-doped titanium dioxide which is the three-step product of Example 1, The diffraction line position and the relative intensity of the synthesized rutile type titanium dioxide (standard sample) exactly coincide with each other.
또한 도 4의 (b)에서도 마찬가지로 검은색으로 표시된 실시예 3의 3단계 수득물인 구리 도핑 이산화티탄의 회절 패턴도 붉은 막대로 표시되어 있는 합성된 루틸형 이산화티탄(표준시료)의 회절선 위치와 상대 강도가 서로 정확히 일치한다.Also in FIG. 4 (b), the diffraction pattern of the copper-doped titanium dioxide, which is also the three-step product of Example 3 shown in black, is also the diffraction pattern of the synthesized rutile titanium dioxide (standard sample) Relative strengths exactly match each other.
따라서 본 발명의 실시예에 따라 얻은 수득물은 금속원소를 도핑하는 공정을 거쳤음에도 불구하고 루틸형 이산화티탄의 결정을 그대로 유지하고 있음을 보여준다. 이것은 본 발명에서 개시한 제조방법은 도핑에 사용된 철과 구리 원소가 이산화티탄의 루틸 결정 속의 면지수를 왜곡하여 면간거리를 변화시키지 않는다는 것을 의미한다.Therefore, the obtained product according to the embodiment of the present invention shows that the crystal of the rutile titanium dioxide is maintained as it is despite the process of doping the metal element. This means that the iron and copper elements used in the doping do not change the interplanar spacing by distorting the surface index of the rutile crystal of titanium dioxide.
결국은 본 발명의 실시예 1과 실시예 3에서 얻은 철 도핑 이산화티탄은 도 1의 (a)에 표시된 TiO2-FeO-Fe2O3 3성분계에 나타나있는 어떠한 복산화물도 형성하지 않았다는 것을 알 수 있다.Finally, it was found that the iron-doped titanium dioxide obtained in Examples 1 and 3 of the present invention did not form any double oxides as shown in the TiO 2 -FeO-Fe 2 O 3 3 component shown in FIG. 1 (a) .
시험예 2 : 자외선-가시광선(UV-Vis)의 흡광 스펙트럼Test Example 2: Absorption spectrum of ultraviolet-visible light (UV-Vis)
무처리 루틸형 이산화티탄 표준시료와 실시예 1의 3단계 수득물에 대한 흡광도를 자외선-가시광선 분광분석기(Perkin-Elmer, Lamda 35, 미국)로 측정하였다. 측정 시료가 분말이므로 테이프법(tape method)으로 측정하였다. 분광분석기의 대조구에는 셀로판테이프를 그대로 부착하여 베이스라인을 설정하고, 무처리 루틸형 이산화티탄과 실시예 1의 3단계 수득물을 각각 셀로판테이프에 일정한 양을 얇게 흡착시켜 분광분석기의 측정구에 부착한 후, 자외선과 가시광선을 포함하는 290~800nm 파장 영역에서 흡광도를 측정하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.The absorbance of the untreated rutile titanium dioxide standard sample and the three-step yield of Example 1 was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer (Perkin-Elmer, Lamda 35, USA). Since the measurement sample is a powder, it was measured by a tape method. In the control of the spectrometer, the cellophane tape was attached as it was to set the baseline, and the untreated rutile-type titanium dioxide and the three-step product of Example 1 were adhered to the cellophane tape in a certain amount thinly, After that, the absorbance was measured in a wavelength range of 290 to 800 nm including ultraviolet light and visible light. The results are shown in Fig.
도 5의 (a)는 시료 분말을 부착하는데 사용한 셀로판테이프의 흡광 스펙트럼인데 블랭크(blank)로 설정되며, (b)는 무처리 루틸형 이산화티탄의 흡광 스펙트럼이고, (c)는 본 발명 실시예 1의 3단계 수득물인 철 도핑 이산화티탄의 흡광 스펙트럼이다. 도 5 (c)의 흡광 스펙트럼은 (b)의 스펙트럼에 비해 자외선 영역인 290~380nm 및 청색 가시광선 영역인 420~550nm 파장범위에서 흡광도가 더 높게 나타났다. 이것은 철이 도핑된 루틸형 이산화티탄의 흡광 스펙트럼에 적색 변이(red shift)가 일어난 것으로 판단된다.5 (a) is an absorption spectrum of a cellophane tape used for attaching a sample powder, which is set as a blank, (b) is an absorption spectrum of untreated rutile titanium dioxide, and (c) 1 < / RTI > of iron-doped titanium dioxide. The absorbance spectrum of FIG. 5 (c) showed higher absorbance in the wavelength range of 290 to 380 nm in the ultraviolet ray region and 420 to 550 nm in the blue visible ray region, as compared with the spectrum of (b). It is considered that a red shift occurred in the absorption spectrum of iron-doped rutile-type titanium dioxide.
이것은 무처리 루틸형 이산화티탄의 밴드갭 에너지가 본 발명에서 개시한 철 원소의 도핑 효과에 의해 밴드갭이 낮은 쪽으로 변화되었음을 의미한다. This means that the band gap energy of the untreated rutile titanium dioxide was changed to a lower band gap due to the doping effect of the iron element disclosed in the present invention.
시험예 3 : 전자현미경(SEM) 관찰Test Example 3: Electron Microscope (SEM) observation
도 6은 실시예 1의 3단계 수득물인 철 도핑 이산화티탄의 입자 상태를 전자현미경(JEOL, JSM 6510, 일본)으로 관찰한 사진이다.FIG. 6 is a photograph of the state of the iron-doped titanium dioxide particles obtained in the three-step step of Example 1 under an electron microscope (JEOL, JSM 6510, Japan).
도 6의 사진에서 보는 바와 같이, 본 발명 실시예 1의 3단계에서 얻은 철 도핑 이산화티탄의 입자 크기는 나노영역이 아닌 0.2㎛(즉, 200nm) 정도의 마이크론 범위에 있는 것을 알 수 있다. 따라서 800℃ 내외의 고온에서 소결 처리했음에도 불구하고 루틸형 이산화티탄의 입자 크기가 증가하거나 응집이 발생하지 않고 그대로 유지되고 있음을 보여준다.As shown in the photograph of FIG. 6, it can be seen that the particle size of the iron-doped titanium dioxide obtained in the third step of Example 1 of the present invention is in the micron range of about 0.2 μm (that is, 200 nm) rather than the nano region. Therefore, it shows that the particle size of the rutile titanium dioxide is increased or the coagulation does not occur even though the sintering treatment is performed at a high temperature of about 800 ° C or so.
시험예 4 : 자외선차단지수(SPF) 비교Test Example 4: Comparison of SPF
실시예 2의 최종 단계에서 얻은 밀 베이스와 기존 밀 베이스의 자외선차단지수를 비교하는 시험을 SPF290 Analyzer(Optometries LLC, SPF290S, 미국)로 측정하였다. 측정에 사용된 비교예의 밀 베이스는 선행기술 대한민국 등록특허 제10-0758819호에 개시된 방법으로 제조하여 시판되는 제품(상품명: Tinoply SE50T)이다. 그 결과를 도 7에 나타내었다.The test comparing the mill base obtained in the final stage of Example 2 with the UV barrier index of the existing mill base was measured with an SPF290 Analyzer (Optometries LLC, SPF290S, USA). The mill base of the comparative example used for the measurement is a commercially available product (trade name: Tinoply SE50T) manufactured by the method disclosed in Korean Patent No. 10-0758819. The results are shown in Fig.
도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명 실시예 2에서 얻은 밀 베이스의 자외선차단 스펙트럼을 나타내는 (a)는 자외선의 모든 영역에서 자외선차단지수(그래프 Y축의 MPF)가 높은 반면, 비교예 1에서 구입한 밀 베이스의 자외선차단 스펙트럼을 나타내는 (b)는 자외선의 특정 영역에서만 MPF가 높았다. 구체적으로 살펴보면, 비교예 1의 밀 베이스 (b)는 UV-B에 해당되는 290~315nm 파장 영역에서만 높은 MPF를 나타내며 305nm에서 최대 MPF를 보이다가 급격히 떨어지는 단점이 있었다.As shown in FIG. 7, (a) showing the ultraviolet blocking spectrum of the mill base obtained in Example 2 of the present invention shows a high UV blocking index (MPF in the Y axis of the graph) in all regions of ultraviolet rays, (B) showing the ultraviolet blocking spectrum of the mill base was high only in a specific region of the ultraviolet ray. Specifically, the mill base (b) of Comparative Example 1 exhibits a high MPF only in the wavelength region of 290 to 315 nm corresponding to UV-B, and exhibits a maximum MPF at 305 nm, but has a disadvantage of falling rapidly.
이와는 대조적으로 실시예 2의 밀 베이스 (a)는 UV-B에서는 비교예 1의 밀 베이스 (b)에 비해 MPF가 조금 낮지만, UV-A 영역에서는 오히려 월등히 MPF가 높아서 평균적으로는 UV-B와 UV-A를 포함하는 자외선 전 영역에서 높은 MPF를 보여주었다.In contrast, the millbase (a) of Example 2 has a slightly lower MPF than the millbase (b) of Comparative Example 1 in UV-B but has a much higher MPF in the UV-A region, And UV-A in the whole region of ultraviolet light.
이것은 MPF가 30 이상인 자외선 영역을 비교해 보면 더욱 명확해진다. 4개의 측정(scan) 지점에서의 MPF를 평균한 스펙트럼(점선으로 표시)을 기준으로 비교해 보면, 실시예 2의 밀 베이스 (a)는 MPF가 30 이상인 영역은 290~400nm이므로 자외선 전 영역을 골고루 차단하고 있는데 비해, 비교예 1의 밀 베이스 (b)는 MPF가 30 이상인 영역이 290~335nm이므로 거의 UV-B에만 한정적으로 자외선을 차단하는 것으로 판단된다.This becomes clearer when comparing the ultraviolet region with an MPF of 30 or more. When comparing the MPF averaged at the four scan points (indicated by the dotted lines), the mill base (a) of Example 2 has a range of 290 to 400 nm in which the MPF is 30 or more, The mill base (b) of Comparative Example 1 is judged to block ultraviolet rays only in the UV-B region because the region having the MPF of 30 or more is 290 to 335 nm.
결국은 UV-A에서 상대적으로 월등히 높은 자외선 차단 능력을 보여주는 본 발명 실시예 2의 밀 베이스가 나타내는 SPF 측정결과는 도 7 (a)의 상단에 표기된 값이 110.37인 반면, 선행기술로 제조하여 판매 중인 비교예 1의 밀 베이스가 나타내는 SPF 측정결과는 도 7 (b)의 상단에 표기된 값이 56.35이다. 이 결과는 비교예 1의 밀 베이스는 본 발명의 밀 베이스에 비해 SPF 측정값이 대략 1/2 수준이었다.As a result, the SPF measurement result of the mill base according to the second embodiment of the present invention showing a relatively high ultraviolet shielding ability at UV-A is 110.37 at the top of FIG. 7 (a) The SPF measurement result of the mill base of Comparative Example 1, which is shown in Fig. 7 (b), is 56.35. As a result, the SPF measurement value of the mill base of Comparative Example 1 was about 1/2 of that of the mill base of the present invention.
따라서 본 발명의 밀 베이스는 자외선의 모든 파장 영역에 걸쳐 우수한 자외선 차단 능력을 가지고 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the mill base of the present invention has excellent ultraviolet shielding ability over the entire wavelength range of ultraviolet rays.
시험예 5 : 밀 베이스의 경시변화 안정성 및 분산 상태 관찰Test Example 5: Observation of aging stability and dispersion state of mill base
실시예 2의 최종 단계에서 얻은 밀 베이스가 시간 경과에 따라 상 분리가 발생하는지 등을 관찰한 경시변화 안정성 시험 결과를 다음 표-2에 나타내었고, 밀 베이스의 분산 상태를 광학현미경(Leica, OMLM, 독일)으로 관찰한 결과는 다음 도 8에 나타내었다.Table 2 shows the results of the aging stability test by observing whether or not the mill base obtained in the final stage of Example 2 was phase-separated with time, and the dispersion state of the mill base was measured with an optical microscope (Leica, OMLM , Germany). The results are shown in FIG.
실시예 2에서 얻은 밀 베이스의 분산 안정성The dispersion stability of the mill base obtained in Example 2
관찰 조건Storage period
Observation condition
상기 표-2의 분산 안정성 시험 결과를 보면, 본 발명의 밀 베이스는 실내 보관 및 가속 시험에서 모두 분산 안정성이 우수함을 알 수 있었다.From the results of the dispersion stability test of Table 2, it was found that the mill base of the present invention had excellent dispersion stability in all the room storage and acceleration tests.
또한 상기 분산 안정성 시험 결과와 연관 지을 수 있는 본 발명 밀 베이스의 분산 상태를 찍은 도 8의 사진을 보면, 본 발명의 밀 베이스는 균일한 상태를 유지하고 있는 것을 확인되므로 분산 상태가 매우 양호함을 알 수 있었다.8, which shows the dispersion state of the mill base according to the present invention, which is related to the dispersion stability test result, it is confirmed that the mill base of the present invention maintains a uniform state, Could know.
시험예 6 : 백탁현상의 관찰Test Example 6: Observation of cloudiness phenomenon
기존 자외선 차단용 밀 베이스의 최대 단점은 백탁현상이 발생하는 것이다. 백탁현상은 백색 무기안료(white inorganic pigment)가 함유된 화장품을 발랐을 때 얼굴이 과도하게 희게 보이거나, 또는 화장이 들떠 유령처럼 보이거나, 또는 창백한 환자와 같은 느낌을 주는 것을 말한다. 이러한 백탁현상은 자외선 차단용 이산화티탄 또는 산화아연이 배합되어 있는 선크림과 같은 일소방지 화장품에서 가장 심하게 나타난다. 이것은 이산화티탄과 산화아연이 가시광선의 전반사율이 높기 때문인데, 일반적인 산업용 도료분야에서는 가장 우수한 백색 무기안료로 사용되지만, 화장품 분야에서는 가시광선 전반사율 특히 청색광의 반사율이 높아서 상기에서 지적한 백탁현상이라는 단점의 원인이 되기 때문이다.The main disadvantage of the conventional UV mill base is the occurrence of cloudiness. The whitening phenomenon refers to an excessively whitish appearance of the face when applied to cosmetics containing white inorganic pigments, or to a creepy appearance of a makeup or a pale patient. This opacification is most pronounced in antiseptic cosmetics such as sunscreen formulated with titanium dioxide or zinc oxide for UV protection. This is because titanium dioxide and zinc oxide are high in total reflectivity of visible light rays. However, they are used as the most excellent white inorganic pigments in the field of general industrial coatings. However, in cosmetics field, the reflectance of visible light, .
백탁현상이 발생하는 단점을 지닌 이산화티탄과 산화아연의 자신과 또는 이들을 사용한 밀 베이스로부터 백탁현상의 근본 원인을 제거하고자 예의 연구한 결과, 금속을 도핑한 이산화티탄 또는 산화아연을 제조함으로써 본 발명의 자외선 차단용 밀 베이스를 완성하게 되었다. 따라서 본 발명 실시예 1의 3단계 수득물은 백탁현상의 원인을 제거한 철 도핑 이산화티탄이며, 이것을 무처리 이산화티탄을 비교한 사진을 도 9에 나타내었다.As a result of intensive research to remove the root cause of white turbidity from titanium dioxide and zinc oxide itself having disadvantages of clouding phenomenon or mill base using them, it has been found that by preparing titanium dioxide or zinc oxide doped with metal, The ultraviolet shielding mill base was completed. Therefore, the three-step product of Example 1 of the present invention is iron-doped titanium dioxide from which the cause of the whitening phenomenon is removed, and a photograph comparing the titanium dioxide with untreated titanium dioxide is shown in FIG.
도 9의 사진을 살펴보면, 사진 좌측의 무처리 이산화티탄의 외관은 휘도가 높은 백색을 띠고 있는 반면, 사진 우측의 철 도핑 이산화티탄은 베이지(beige)색을 띠고 있는 것을 알 수 있다. 즉 철 도핑 이산화티탄은 본래 자신의 색상인 높은 휘도의 백색에서 노란 베이지색으로 변화되었을 보여준다. 이것은 본 발명의 자외선 차단용 철 도핑 이산화티탄이 본 발명의 제조공정을 통하여 외관 색상이 변하여 백탁현상이 발생할 수 없는 상태로 변화되었다는 것을 의미한다.9, the appearance of the untreated titanium dioxide on the left side of the photograph is white with a high brightness, whereas the iron-doped titanium dioxide on the right side of the photograph has a beige color. That is, the iron-doped titanium dioxide originally shows a change from a high luminance white color to a yellow beige color. This means that the iron-doped titanium dioxide for ultraviolet shielding of the present invention has changed to a state in which the appearance color is changed through the manufacturing process of the present invention so that the whitening phenomenon can not occur.
그런데 이때 중요한 전제조건이 하나 있는데, 철 도핑 이산화티탄이 백탁현상이 발생할 수 없을 정도로 외관 색상만 변화해서는 안 된다는 것이다. 즉 자외선 차단용 이산화티탄은 외관 색상이 강한 휘도의 백색에서 유색으로 반드시 변화해야하지만, 철의 도핑으로 인해 이산화티탄의 본래의 결정형까지 변화하여 자외선 차단 물성이 나빠지게 되면 안 된다는 전제조건을 만족해야만 한다.There is one important prerequisite, however, that iron-doped titanium dioxide should not change its appearance color to such an extent that cloudiness does not occur. That is, the ultraviolet ray shielding titanium dioxide must be changed from a whitish color to a whitish color having a strong appearance color, but it must satisfy the precondition that the ultraviolet ray shielding property should not deteriorate due to iron doping to the original crystal form of titanium dioxide do.
본 발명의 밀 베이스가 상기 백탁현상 해결의 전제조건을 만족하는지 여부는 실시예 1 및 실시예 3의 3단계 수득물인 철 도핑 이산화티탄의 결정형의 변화 여부를 분석한 시험예 1의 엑스선회절분석 결과와 시험예 4의 자외선차단지수를 측정한 결과가 잘 설명해주고 있다. 이 두 가지 시험예의 결과에 따르면, 본 발명의 밀 베이스는 상기의 전제조건을 완전히 만족한다.Whether or not the mill base of the present invention satisfies the prerequisite conditions for solving the above-mentioned whitening phenomenon is determined by the X-ray diffraction analysis result of Test Example 1 in which the crystal form of the iron-doped titanium dioxide, which is the three-step product of Example 1 and Example 3, And the results of measuring the ultraviolet barrier index of Test Example 4 are well explained. According to the results of these two test examples, the mill base of the present invention fully satisfies the above-mentioned conditions.
다시 설명하면, 시험예 1에서 얻은 도 4 (a)와 (b)의 엑스선회절분석 그래프에 나타나 있듯이, 본 발명의 철 도핑 이산화티탄은 철이 도핑 되어 있음에도 불구하고 원래의 루틸형의 결정을 잘 유지하고 있다. 또한 시험예 4에서 얻은 자외선 차단 스펙트럼을 측정한 도 7의 (a)에 나타나 있듯이, 본 발명의 철 도핑 이산화티탄을 분산한 밀 베이스는 자외선 전 영역에서 우수한 자외선 차단 능력을 보여준다.As shown in the X-ray diffraction analysis graph of FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) obtained in Test Example 1, the iron-doped titanium dioxide of the present invention maintains the original rutile crystal well . Also, as shown in FIG. 7 (a) in which the ultraviolet blocking spectrum obtained in Test Example 4 was measured, the mill base in which the iron-doped titanium dioxide of the present invention was dispersed showed excellent ultraviolet shielding ability in the entire ultraviolet region.
따라서 본 발명에서 예의 연구하여 얻은 금속원소 도핑 이산화티탄 또는 산화아연은 자신의 결정형이 변하지 않고 그대로 유지되면서도 자외선 차단 능력은 더욱 향상되어 있다. 더구나 자외선 차단 화장품에 배합하여 사용할 때 나타나는 기존 밀 베이스의 최대 단점인 백탁현상을 근본적으로 제거한 새로운 밀 베이스를 제공해 준다.Therefore, the metallic element-doped titanium dioxide or zinc oxide obtained by the research of the present invention has the ultraviolet shielding ability even though its crystal form remains unchanged. Moreover, it provides a new mill base which fundamentally eliminates the whitening phenomenon, which is the biggest disadvantage of the existing mill base, which appears when used in cosmetics with UV protection.
더구나 이러한 물리적 광학적 특징 때문에 본 발명의 밀 베이스는 백탁현상을 피하기 위해 제조공정이 까다롭고 원료 구입가격도 훨씬 비싼, 가시광선을 투과하는나노화 이산화티탄 또는 나노화 산화아연을 굳이 사용할 필요가 없게 되어 보다 경제적이다.Moreover, due to these physical and optical characteristics, the mill base of the present invention does not require the use of nano-sized titanium dioxide or nanosized zinc oxide, which has a difficult manufacturing process and a much higher purchase price of raw materials and transmits visible light, in order to avoid cloudiness, to be.
또한 기존의 나노화 이산화티탄 또는 나노화 산화아연을 배합한 밀 베이스를 사용함으로써 나노물질을 다량 함유한 화장품의 사용으로부터 혹시 발현될 수 있는 나노독성이나 흡입독성의 우려성이 없다는 장점이 있다.In addition, the use of a mill base containing nano-sized titanium dioxide or nano-sized zinc oxide is advantageous in that there is no fear of nano-toxicity or inhalation toxicity that can be manifested in the use of cosmetics containing a large amount of nanomaterials.
제형예 1 내지 제형예 3Formulation Examples 1 to 3
다음 표-2과 같이 본 발명의 밀 베이스를 배합한 화장품을 제조하였다.A cosmetic composition containing the mill base of the present invention was prepared as shown in the following Table-2.
자외선 차단용 화장품 조성물 (단위: 중량부)(Cosmetic composition for protecting ultraviolet rays) (unit: parts by weight)
원료명division
Raw material name
(비비크림)Formulation Example 1
(BB cream)
(선크림)Formulation Example 2
(Sun cream)
(파운데이션)Formulation Example 3
(foundation)
실시예 2의 밀 베이스
부틸렌글라이콜
글리세린
1,2-헥산다이올
카프릴릭/카프릭 트리글리세라이드
아데노신
소듐클로라이드
세틸에틸헥사노에이트
사이클로메치콘
디메치콘코폴리올
소르비탄이소스테아레이트
소듐스테아레이트
비즈왁스
토코페릴아세테이트
실리콘처리 적색산화철
실리콘처리 흑색산화철
향료
정제수The mill base of Example 1
The mill base of Example 2
Butylene glycol
glycerin
1,2-hexanediol
Caprylic / capric triglyceride
Adenosine
Sodium chloride
Cetyl ethyl hexanoate
Cyclomethicone
Dimethicone copolyol
Sorbitan isostearate
Sodium stearate
Beads wax
Tocopheryl acetate
Silicone-treated red iron oxide
Silicone-treated black iron oxide
Spices
Purified water
-
5.0
3.0
2.0
2.0
0.04
1.0
2.5
10.0
2.0
0.5
1.0
0.5
0.1
적량
적량
적량
to 10010.0
-
5.0
3.0
2.0
2.0
0.04
1.0
2.5
10.0
2.0
0.5
1.0
0.5
0.1
Suitable amount
Suitable amount
Suitable amount
to 100
30.0
5.0
3.0
2.0
2.0
0.04
1.5
4.0
10.0
2.0
0.5
1.0
1.0
0.1
-
-
적량
to 100-
30.0
5.0
3.0
2.0
2.0
0.04
1.5
4.0
10.0
2.0
0.5
1.0
1.0
0.1
-
-
Suitable amount
to 100
18.0
5.0
3.0
2.0
2.0
0.04
1.5
4.0
10.0
2.0
0.5
1.0
1.0
0.1
적량
적량
적량
to 100-
18.0
5.0
3.0
2.0
2.0
0.04
1.5
4.0
10.0
2.0
0.5
1.0
1.0
0.1
Suitable amount
Suitable amount
Suitable amount
to 100
상기 제형예에서 얻은 자외선 차단 기능이 있는 화장품은 별도의 유기계 자외선 차단제를 함유하지 않고도 목적으로 하는 자외선 차단 효과를 충분히 줄 수 있을 뿐 아니라 백탁현상이 없는 우수한 화장효과와 주는 것을 확인하였다.The cosmetic having the ultraviolet shielding function obtained in the above-mentioned formulation example not only has a sufficient effect of ultraviolet ray shielding without containing any organic ultraviolet screening agent but also has excellent cosmetic effect without whitening.
이때 자외선 차단 화장품의 처방에 본 발명의 밀 베이스를 배합하는 함량은 선택하는 화장품 제형과 사용 목적 및 설계하는 사용감에 따라 달라질 수 있지만, 1.0 내지 50.0 중량% 함유하는 것이 바람직하다.At this time, the content of the mill base of the present invention in the prescription of the ultraviolet screening cosmetic product may vary depending on the cosmetic formulation to be selected, the intended use and the feeling of use to be designed, but it is preferable that the content is 1.0 to 50.0% by weight.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 사상과 범위가 한정되는 것은 아니다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Therefore, the embodiments disclosed in the present specification are intended to illustrate rather than limit the present invention, and the scope and spirit of the present invention are not limited by these embodiments.
본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술은 본 발명의 권리범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
Claims (17)
상기 무기안료는 이산화티탄과 산화아연이 2:8 내지 8:2 중량비 중 어느 하나로 혼합된 혼합물이고,
상기 금속산화물의 코팅량은 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대해 0.05 내지 3.0 중량부이고,
상기 표면처리제는 카제인, 카제인나트륨, 카제인칼륨, 카제인산암모늄, 라우린산나트륨, 라우린산칼륨, 미리스틴산나트륨, 미리스틴산칼륨, 팔미틴산나트륨, 팔미틴산칼륨, 스테아린산나트륨, 스테아린산칼륨, 레시틴 및 불소계 커플링제로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택되고,
상기 표면처리제의 코팅량은 자외선 차단용 무기안료 100 중량부에 대해 0.5 내지 10.0 중량부인 것을 특징으로 하는 자외선 차단용 무기안료
In the inorganic pigment for ultraviolet shielding, the inorganic pigment is titanium dioxide, zinc oxide or a mixture thereof. The surface of the crystal lattice of the inorganic pigment is doped with a copper or iron metal element, An ultraviolet blocking inorganic pigment coated with an oxide and a surface treatment agent,
Wherein the inorganic pigment is a mixture of titanium dioxide and zinc oxide in a weight ratio of 2: 8 to 8: 2,
The coating amount of the metal oxide is 0.05 to 3.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the ultraviolet-shielding inorganic pigment,
Wherein the surface treatment agent is at least one selected from the group consisting of casein, casein sodium, potassium caseinate, ammonium caseinate, sodium laurate, potassium laurate, sodium myristate, potassium myristate, sodium palmitate, potassium palmitate, sodium stearate, And at least one selected from the group consisting of fluorine-based coupling agents,
Wherein the coating amount of the surface treatment agent is 0.5 to 10.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the ultraviolet shielding inorganic pigment.
The ultraviolet blocking inorganic pigment according to claim 1, wherein the precursor of the metal element is used in a doping range of 10 to 10000 ppm in terms of a metal element based on 100 parts by weight of the ultraviolet blocking inorganic pigment.
The ultraviolet blocking inorganic pigment according to claim 1, wherein the metal oxide is at least one selected from the group consisting of sodium silicate, potassium silicate, and teos (TEOS).
제 1 단계;
(1-a) 도핑하려는 2가 또는 3가 금속원소의 전구체를 정제수에 용해하고 비이온 계면활성제를 첨가한 제1수상을 만드는 단계;
(1-b) 별도의 용기에 정제수, 에탄올 또는 정제수와 에탄올의 혼합물에 코팅할 금속산화물의 전구체를 용해한 제2수상을 준비하는 단계;
(1-c) 별도의 용기에 염기성 화합물을 정제수에 용해한 제3수상을 준비하는 단계;
제 2 단계; 상온에서 상기 제1수상에 자외선 차단용 무기안료를 투입하여 분산되도록 계속 교반하고, 여기에 상기 제2수상을 서서히 투입하면서 계속 교반하여 형성된 상기 제1수상과 상기 제2수상이 합쳐진 혼합물에 상기 제3수상을 수상의 점도가 급격히 증가할 때까지 첨가하는 단계;
제 3 단계;
(3-a) 상기 제 2단계의 혼합물을 상온에서 자외선 차단용 무기안료 표면에 졸-겔 반응과 공침반응이 종료될 때 까지 유지하는 단계;
(3-b) 상기 (3-a) 단계가 종료된 후 정제수를 투입하여 미반응물을 세척하고 여과하여 건조하는 단계;
(3-c) 상기의 건조물을 분쇄기로 분쇄하고 전기로에서 소결처리 하는 단계;
제 4 단계; 상기 소결된 수득물을 다시 분쇄기로 분쇄한 후, 표면처리제로 코팅하여 자외선 차단용 무기안료를 얻는 단계; 및
제 5 단계; 상기 자외선 차단용 무기안료를 화장료용 매질, 계면활성제 또는 분산제, 안정화제 및 첨가제와 함께 순환식 분산기에 넣고 일정시간 분산하여 자외선 차단용 밀 베이스를 제조하는 단계;
를 포함하는 금속원소가 도핑된 자외선 차단용 무기안료를 분산한 밀 베이스의 제조 방법
1. A method for producing a mill base in which an inorganic pigment doped with a metal element is dispersed,
A first step;
(1-a) dissolving a precursor of a divalent or trivalent metal element to be doped in purified water and making a first water phase to which a nonionic surfactant is added;
(1-b) preparing a second aqueous phase in which a precursor of a metal oxide to be coated on a mixture of purified water, ethanol or purified water and ethanol is dissolved in a separate vessel;
(1-c) preparing a third aqueous phase in which a basic compound is dissolved in purified water in a separate vessel;
A second step; Adding the ultraviolet shielding inorganic pigment to the first aqueous phase at room temperature, stirring the mixture continuously to disperse the mixture, gradually adding the second aqueous phase to the first aqueous phase, 3 < / RTI > aqueous phase until the viscosity of the aqueous phase increases sharply;
A third step;
(3-a) maintaining the mixture of the second step at room temperature until the sol-gel reaction and the coprecipitation reaction are completed on the surface of the inorganic pigment for ultraviolet shielding;
(3-b) after completion of the step (3-a), adding purified water to wash the unreacted material, followed by filtration and drying;
(3-c) pulverizing the dried material with a pulverizer and sintering the same in an electric furnace;
Step 4; Pulverizing the sintered product with a pulverizer, and coating with a surface treating agent to obtain an ultraviolet blocking inorganic pigment; And
Step 5; Preparing an ultraviolet screening mill base by dispersing the ultraviolet screening inorganic pigment in a circulating disperser together with a cosmetic medium, a surfactant or a dispersant, a stabilizer and an additive, for a predetermined time;
A method for producing a mill base in which an inorganic pigment for ultraviolet-shielding doped with a metal element is dispersed
10. The method of claim 9, wherein the non-ionic surfactant in the first step is selected from the group consisting of polyoxyethylene glycol alkyl ether, polyoxypropylene glycol alkyl ether, glucoside alkyl ether, polyoxyethylene glycol octylphenol ether, glycerol alkyl ester, polyoxyethylene At least one selected from the group consisting of glycerol fatty acid alkyl esters, glycol sorbitan alkyl esters, sorbitan alkyl esters, flocamers, cocamide monoethanolamines, and cocamide diethanolamines, and 0.05 to 5.0 wt% A method for producing a mill base in which an inorganic pigment doped with a metal element is dispersed
The method according to claim 9, wherein the mixing ratio of the first water to the third water in the second step is 30 to 200 parts by weight of the first water phase, 10 to 200 parts by weight of the second water phase and 5 to 50 parts by weight of the third water phase A method of producing a mill base in which an inorganic pigment doped with a metal element is dispersed
The method according to claim 9, wherein the sintering treatment in the third step is carried out at a temperature in the range of 500 ° C to 900 ° C for 1 hour to 4 hours. The metal element-doped ultraviolet blocking inorganic pigment is dispersed Method of manufacturing a mill base.
The method of claim 9, wherein the additive for coating the surface treatment agent on the ultraviolet-shielding inorganic pigment in the fourth step is selected from the group consisting of malic acid, maleic acid, tartaric acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, citric acid, At least one member selected from the group consisting of zinc chloride, calcium chloride, zinc chloride, magnesium sulfate, aluminum sulfate and zinc sulfate, and 0.5 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the product obtained in the third step (3-c) Wherein the ultraviolet-shielding inorganic pigment is doped with a metal element.
[12] The method of claim 9, wherein in the fifth step, 20 to 70% by weight of the ultraviolet shielding inorganic pigment, 20 to 50% by weight of a cosmetic material, 1 to 20% by weight of a surfactant or a dispersant, %, And 0.5 to 5 wt% of an additive.
The cosmetic composition according to claim 16, wherein the mill base comprises 1 to 50 wt%.
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